因数分解 什么是量子霸权？“九章”的优势在哪？九问量子计算机( 二 )
九章计算的问题是一种叫作“哥本哈根式”（Hafnian）的问题。根据目前最优的经典算法，“九章”花200秒采集到的5000个样本，如果用我国最快的“太湖之光”超级计算机，需要运行25亿年。如果用目前世界排名第一的超级计算机“富岳”，也需要6亿年。也就是说，九章比富岳快一百万亿倍。
Q7：“九章”和2019年谷歌发布的“悬铃木”有什么区别？
袁岚峰：2019年，谷歌第一个宣布实现了量子优越性。他们用的量子计算机叫作“悬铃木”，处理的问题大致可以理解为：判断一个量子随机数发生器是不是真的随机。
“悬铃木”包含53个量子比特的芯片，花了200秒对一个量子线路取样一百万次，而利用当时世界排名第一的超级计算机Summit完成同样的任务需要一万年。
“九章”跟“悬铃木”的区别，一是处理的问题不同，二是用来造量子计算机的物理体系不同。“九章”用的是光学，“悬铃木”用的是超导。两者都实现了量子优越性。
Q8：“九章”的研发难点在于什么？
袁岚峰：光波、水波等想要产生稳定的干涉条纹，有一个重要条件就是两束波的相位差恒定。量子的干涉也类似，如果每一路的光相位总是抖动，彼此之间相位差就会不稳定，也就观测不到稳定的采样结果。
在这次实验中，每路单模压缩光进入干涉网络之前，要各自经过2米自由空间和20米光纤，所谓保持相位锁定，也就是保证这个路径的光程恒定。科学家们采取“缺啥补啥”的策略，让同源的若干路激光分别走压缩态光所走的路程，并与一个标准参考激光进行比较（通过干涉的方法），实时监测每一路与标准参考光的相位差，并进行相应的调整。在精密微妙的操控下，2米自由空间+20米光纤光程抖动保持在25纳米之内，这相当于100公里的距离误差小于一根头发丝。
在最终的采样结果里，该团队成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色采样量子计算原型机。
文章插图
100模式相位稳定干涉仪：光量子干涉装置集成在20cm*20cm的超低膨胀稳定衬底玻璃上，用于实现50路单模压缩态间的两两干涉，并高精度地锁定任意两路光束间的相位。图/中国科学技术大学官网
Q9：量子计算机离成熟、大规模使用还有多远？未来可能在哪些方面给人们的生活带来颠覆性改变？
袁岚峰：对于量子计算机的研究，同行公认有三个指标性的发展阶段。第一个阶段是发展具备50-100个量子比特的高精度专用量子计算机，对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解，实现计算科学中“量子计算优越性”的里程碑。
此次“九章”的研制成功，就是第一个阶段的胜利。在这之后，科学家还会致力于研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机，用于解决若干超级计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题（如量子化学、新材料设计、优化算法等）。最后，大幅度提高可操纵的量子比特的数目（百万量级）和精度（容错阈值＞99.9%），研制可编程的通用量子计算原型机。
我们重视量子计算，是因为它的潜力，而不是它的现状。它确实有革命性的潜力，只是还需要艰苦的努力，绝不是一蹴而就的。
新京报采访人员 张璐
编辑 刘梦婕 校对 李立军
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