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幫助超越早期經典計算機,速度比國際同行快24000倍
3日上午,中國科學技術大學潘建偉院士在上海宣布:世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機誕生,這個“世界首臺”是貨真價實的“中國造”。這項成果屬中國科學技術大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等,聯合浙江大學王浩華教授研究組攻關突破的成果。我國科研團隊成功構建的光量子計算機,首次演示了超越早期經典計算機的量子計算能力。
計算速度還不快
卻是突破性進展
根據新華社通稿,這臺量子計算機原型機的取樣速度比國際同行類似的實驗加快至少24000倍,通過和經典算法比較,也比人類歷史上第一臺電子管計算機和第一臺晶體管計算機運行速度快10倍至100倍。同時,潘院士還說,這臺光量子計算機標志著我國在基于光子的量子計算機研究方面取得突破性進展,為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了堅實基礎。
從新華社短短二百字的通稿中,我們就能得到幾個信息:首先,我們的計算機比國外同行的計算機要快24000倍。另外,這臺原型機的運算速度超過了第一臺電子管計算機和晶體管計算機。
我們知道,人類第一臺電子管計算機叫作埃尼阿克,誕生于美國賓夕法尼亞。想當初,它的機箱裝滿了好幾間屋子,卻只能每秒進行5000次加法運算。目前普通家用計算機每秒可進行幾億次運算,而神威太湖之光的計算速度大約為十億億次。新造出來的量子計算機,若計算速度百倍于埃尼阿克,最多也就是每秒鐘幾十萬次。
雖然單看這個速度沒什么了不起,卻是量子計算機第一次超過經典計算機。盡管其目前計算能力還很微弱,但在可預見的將來,此類突破應當會接踵而至,從而迅速提高量子計算機的效率,最終超過發展趨于停滯的經典計算機。有業內人士甚至預測,在我們有生之年,還能看到量子計算機的民用化。
量子計算機
到底是個啥?
說到量子計算機,很多人可能都不太懂,想一句話解釋清楚也不那么容易。若要用一個最形象的話語來解釋經典計算機和量子計算機的區別,則可以參考這個測量山體高度的例子:若讓計算機在十幾座山峰中挑出一個最高的,它會如何做?最普通的計算機,會拿著尺子,一個個地爬上去量出來每座山的高度。而隨著科技的進步,更先進的經典計算機可以不斷地在群山中穿梭,當它發現它正爬的這座山似乎不會是最高峰時,他就會收起尺子,立即轉向另一座山。
但對于量子計算機,它會坐上直升機,在山里飛來飛去。它不用再拿著尺子,而是用肉眼看,很快就能目測出哪個山最高。這種算法由于脫離了經典計算機的算法,因此被歸于量子計算的范疇,被稱為“量子退火”。之前,美國科學家研制出的量子計算機D-Wave,就屬于量子退火的范疇。
但量子退火算法也有局限性,未來的量子計算機,其實采用了比量子退火更高級的算法。就好比坐上滑翔機,根本不用在山里飛來飛去,直接飛到最高處,就能判斷出最高峰是哪個。這就是傳說中的量子算法。
說白了,量子計算能夠實現多個線程的同時計算,速度自然就提上去了。當然,量子計算機的計算速度取決于其能操縱的超導量子比特數量。這一領域,也成為各國科學家競爭的重點。
暫時領先
但競爭依舊激烈
“量子計算基礎研究領域有幾個大家共同努力的指標性節點:第一,展示超越首臺電子計算機的計算能力；第二,展示超越商用CPU的計算能力；第三,展示超越超級計算機的計算能力。我們實現的只是其中的第一步,一小步,卻是重要的一步。”潘院士介紹說。
曾經有科學家預測,除非量子計算機操控的比特數超過50個,量子計算機才能超過現有的經典計算機。此次,中國科學家的成果為10個超導量子比特,超過了之前由谷歌、美國航天航空局和加州大學圣芭芭拉分校公開報道的9個超導量子比特的紀錄。
但也有分析稱,盡管歐美等國公開報道的成果是9個,但谷歌之前已經放話,要在今年年底之前把超導量子計算做到50個比特,真正實現量子計算的霸權——超越經典計算機。因此,這一領域的競爭還遠未結束。更何況,即使獲得了量子計算霸權,讓其真正具備解決問題的能力也是路途漫漫。比如說,這次潘院士的一大成果就是在4個超導量子比特上運行了一個解線性方程組的量子算法,與真正復雜的問題還相距甚遠。
在潘建偉看來,谷歌、IBM等公司擁有人才優勢。尤其是谷歌,目前仍可以算是量子計算機里的領頭羊。但這次,研究團隊通過高精度脈沖控制和全局糾纏操作實現10比特量子態的成果,使中國在超導體系量子計算機研究領域也進入世界一流水平行列。
根據計劃,潘建偉的研究團隊將在今年年底實現大約20個光量子比特的操縱,20個超導量子比特樣品的設計、制備和測試,量子計算機的速度將會成指數增長。也許到時候,又一張閃亮的國家名片又將出現。
本稿件所含文字、圖片和音視頻資料，版權均屬齊魯晚報 本報記者 高寒 整理
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