國產量子電腦｜「九章四號」再破世績 解題僅25微秒 速度遠勝美超算El Capitan
原文刊於信報財經新聞「CEO AI⎹ EJ Tech」
中國科學技術大學聯合多個單位，研製出1024個量子壓縮態輸入、8176模式的可編程量子計算原型機「九章四號」。首次操縱及探測高達3050個光子的量子態，再度刷新光量子訊息技術世界紀錄。至於求解「高斯玻色取樣」問題（量子計算任務），比現時全球最快的超級電腦、由美國開發的El Capitan快10的54次方倍，成功建立國際上最強的「量子計算優越性」；論文發表在國際學術期刊《自然》。
相比超級電腦，量子電腦顯然在複雜運算上擁有更大優勢。研究團隊指出，「九章四號」在是次實驗中，計算特定題目只需25微秒，相比之下，目前地球上最強大的超級電腦料需時10的42次方年，甚至比宇宙年齡138億年更漫長。
量子運算利用量子疊加與糾纏特性，在特定問題上實現遠超經典電腦的處理能力。目前主流量子運算技術路線，包括超導、離子阱、光量子及中性原子等。
「量子鬼才」陸朝陽等領軍
「九章四號」是光量子計算原型機，使用光子來編碼量子位元（Qubits），透過對光子的量子操控及測量，藉此實現量子計算，是76個光子的「九章」（2020年）、113個光子的「九章二號」（2021年）、255個光子的「九章三號」（2023年），計算原型機的再升級量子版。
新華社報道，「1024個量子壓縮態」可理解為量子電腦運作時的「高能燃料」，是光量子計算中建構複雜量子糾纏的基礎；「8176模式」指的是光子在計算網絡中，可以穿梭的「路徑」或「維度」的總數，就如一個有8176個出口的超級三維立體迷宮；「3050個光子」就是3000多個量子位元，比「九章三號」探測及操縱255個光子提升10倍多。
「九章四號」由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等研究團隊，聯合濟南量子技術研究院、山西大學、清華大學、上海人工智能實驗室、嶗山實驗室、國家平行電腦工程技術研究中心等單位研發。陸朝陽先後獲得多項國內外大獎，入選《自然》「中國科學之星」，被國際同行譽為「量子鬼才」。他去年10月接受央視訪問表示，當時旗下團隊10個人左右，研究生以「95後」為主，經費大概是幾千萬元人民幣。
陸朝陽介紹，團隊研發高效率的光參量振盪器光源，以及時空混合編碼干涉儀，將1024個高效率壓縮態光場，整合到一個時空混合編碼的8176模式線路中，以獲得對3050個光子的操縱及偵測能力。他續稱，「『九章四號』此次產生的最複雜資料樣本只需25微秒，比一眨眼時間還短。目前地球上最強大的超級電腦，算出這結果需時超過10的42次方年。」換言之，相當於一個1後面有42個0，等候時間比宇宙年齡138億年更漫長。
有望加快新藥及材料開發
「量子計算優越性」指的是，量子計算機在某個明確定義的數學問題上，超越現有最強超級計算機。2019年，谷歌聯合加州大學推出53比特超導處理器Sycamore，率先宣稱實現優越性。中國科學技術大學及上海人工智能實驗室的科學家團隊，通過創新經典算法，將同一任務在超算上的求解時間，從一萬年壓縮至數十秒，同時在能耗上少15倍，打破谷歌2019年的「量子霸權」宣稱。
陸朝陽指出，量子計算最擅長的就是，做大分子的一些量子模擬，有助加速新藥物及新材料的發現。
其他應用包括大數分解，即是現代密碼學的基礎，例如保護銀行卡、支付寶。各種各樣密碼的基礎，就是大數分解這數學問題。此外，加密比特幣的錢包密碼，量子電腦也是可以破解的，意味它有幾千億美元的規模。
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