中国量子计算机“九章”刷屏，袁岚峰为你解读原理

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导读

中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳等人实现了“量子计算优越性”里程碑，比目前最快的超级计算机快一百万亿倍！

今天（2020年12月4日），许多媒体报道了一个量子计算的大成果：中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳等人实现了“量子计算优越性”里程碑，比目前最快的超级计算机快一百万亿倍！（比最快的超级计算机快一百万亿倍！中国科学家实现“量子计算优越性”里程碑）具体地说，他们构建了一台76个光子100个模式的量子计算机，叫做“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍。也就是说，“九章”一分钟完成的任务，超级计算机需要一亿年。

这些话是什么意思呢？大多数人恐怕断句都困难。有不少媒体来采访我，我告诉他们，这里的基本原理在我以前的文章中都已经讲过了。

最近我正在写一个量子信息科普系列文章，刚好要写到量子计算机的进展。这个新闻，就是这方面的一个里程碑。

在这里先稍微解释几句，如果想了解更详细的原理，欢迎去读我的文章。

一，量子力学是物理学的一个基础理论。跟它相对的牛顿力学，被称为经典力学。对微观世界的正确描述一定要用量子力学，如果用经典力学就会犯错。

量子信息学科内容

二，量子计算机是用量子力学原理制造的计算机，目前还处于很初步的阶段。相应的，现有的我们在用的计算机被称为经典计算机。

三，量子计算机有希望远远超过经典计算机，就像这里说的，超过一百万亿倍之类。

四，量子计算机之所以能超过经典计算机，是因为它用到量子力学的三大奥义：叠加、测量和纠缠。这三大奥义的意思，请参见我的文章。

五，量子计算机并不是对所有的问题都超过经典计算机，而是只对某些特定的问题超过经典计算机，因为对这些特定的问题能设计出高效的量子算法。对于没有量子算法的问题，例如最简单的加减乘除，量子计算机就没有任何优势。

六，九章处理的问题，叫做“高斯玻色取样”。大致可以理解为，一个光路有很多个出口，问每一个出口有多少光出去。

2019年潘建伟和陆朝阳等人关于用玻色子取样寻求实现量子霸权的文章

七，量子计算机在某个问题上超越现有的最强的经典计算机，被称为“量子优越性”或“量子霸权”。九章的成果，就是实现了量子优越性。

八，2019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做“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。

九，这两个成果都很重大，不过目前还没有实用价值。因为它们处理的问题都很偏门，是专门找了两个最有利于量子计算机的问题来实现量子优越性。

十，量子计算机能不能处理有实用价值的问题？回答是：能。例如一个非常重要的问题，因数分解，就是量子计算机有快速算法的。因数分解的困难性是现在最常用的密码体系RSA的基础，所以量子计算机能快速进行因数分解，就意味着能快速破解密码。

RSA密码体系的三位发明者

十一，问题只是在于，现有的量子计算机只能分解很小的数，还不足以破解实用的密码。所以在实现量子优越性之后，下一个重要的目标就是对一个有实用价值的问题，造出超越经典计算机的量子计算机。

十二，九章跟悬铃木的区别，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。这两个没有孰优孰劣，只是不同的技术路线。

十三，请注意措辞，九章的成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的“第一方阵”地位。这是因为有悬铃木在前，九章毕竟是第二个，所以只是说中国跟美国相差不远。而在量子通信方面，我们就不说什么“第一方阵”了。因为那里没有方阵，中国明确是世界最先进的！

扩展阅读：

背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

责任编辑：孙远