北京时间12月4号凌晨，一篇重要文章以First Release形式在线发表在了Science上。此刻绝大多数中国人还都处在睡梦中，为数不多清醒着的人在无意或有意中见证了中国科大宣布自己在光量子计算方面实现了量子计算优越性的历史时刻。
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这一76光子的量子计算原型机并被命名为“九章”。
这个名字看起来是那么的奇怪，它不像前几年的超算“天河”“神威”那么大气磅礴，也没有“嫦娥”“天宫”那种历久弥新的神话源远，似乎就是随便的一取。
但其实并不是，我国历史上最早的数学专著叫做《九章算术》
在当年，这本书代表了全世界最先进最优秀的数学水平。由张苍、耿寿昌所撰写的《九章算术》，它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系，是一部具有里程碑意义的历史著作。而这台叫做“九章”的玻色采样新机器，同样也具备里程碑式的重要意义。
根据现有理论，九章”量子计算系统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。这是一个什么概念，简单换算一下，“九章”一分钟完成的任务，超级计算机需要花费一亿年！再和谷歌去年的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”相比，我们要比谷歌快一百亿倍！
简单的罗列数字你可能感受不到这一成果究竟是一个什么概念，在详细讲解之前我们不妨先看一下“九章”长什么样。
“九章号”光学下的真容
The work is a breakthrough in the field of quantum science and technology in general. It's a a big step towards building devices that offer some advantage based on quantum physics as respect to classical devices.
上面这句话的意思是，“九章”是量子科技领域的一个重大突破，朝着研制相比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。这句话当然不是我说的，是德国马普所所长 沃尔夫奖得主 Ignacio Cirac说的。这么出色的研究成果如果你不加以了解，是不是有些说不过去？
刘慈欣有一篇中短篇小说叫做《镜子》，里面的主人公白冰偷出来一台拥有了几乎无限运算和存贮能力的计算机，它不仅能模拟气象这种复杂过程，还可以模拟整个宇宙的演化。
那么问题来了，小说里的情节能不能在现实中实现？现实的物理系统究竟能不能被计算机模拟？
计算机领域中有一个非常著名的扩展的丘奇-图灵论题就认为：任何物理系统都可以被经典图灵机有效模拟。
但是，随着科学科技的发展，人们对微观世界的理解越来越深入，拓展的丘奇-图灵论题开始被质疑，尤其是量子力学的发展，让更多人意识到，如果用经典计算模拟量子过程，需要的时间可能会呈指数增长。
换句话说，传统计算机已经完成不了有效计算了。那该怎么办？费曼给出的答案是用量子材料造一台新式机器，来自然地解决这些问题，那这个机器该叫什么？没错就是量子计算机。
经典计算机和量子计算机的区别在哪里？对于经典计算机来说，每个比特要么代表0，要么代表1。这些比特就是信息，而这些信息的本质就是用电路构建一些逻辑门，完成“与”、“非”、“或”以及更复杂的操作。
而量子计算机则不同，由于量子天然具备的叠加性，每个量子比特不仅可以代表0和1，还能表示成0和1分别乘以一个系数再叠加，系数不同，叠加的形式又会变化。
基于量子的叠加性，许多量子科学家认为量子计算机在特定任务上的计算能力将会远超任何一台经典计算机。
12年的时候美国物理学家将其描述为：“量子霸权”。并不是你想的那种霸权，它代表的是量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力。当然厚着脸皮的说，可以将其理解为一语双关。
从科学家对量子计算优越性的观点来看，有两个关键点，一是操纵的量子比特的数量，二是操纵的量子比特的精准度。
只有两个条件都达到的时候，才能实现量子计算的优越性。上图中所画的绿色区域就是科学家在努力的方向。
去年10月，谷歌在量子计算方面十多年的布局终于有了里程碑式的表现,Natuer刊发了谷歌的成果，谷歌据此宣布其实现“量子霸权”。
那我们是怎么确定我们超过了谷歌呢？采样本。
“九章”花200秒采集到的5000个样本，如果用我国的“太湖之光”，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。等效地对比去年谷歌发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”：对于“悬铃木”来说，200秒完成的任务，超算Summit需要2天，考虑Summit和富岳的算力差距，“九章”等效地比“悬铃木”快100亿倍。
“九章”不仅是实现了“量子计算优越性”的里程碑，也为第二步——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提供了潜在的前景。
最后多说一句这次论文的第一作者是几个年轻人：95年的钟翰森，91年的王辉，90年的陈明城，97年的邓宇皓，全是90后。
当真“江山代有才人出，各领风骚数百年”!
我是@科学研究所，关注我，了解更多前沿科学知识！#潘建伟团队量子计算原型机问世#
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