最快我國量子計算機實現算力全球領先

A. 比超算快億億億倍，量子計算機能幹啥為何以「祖沖之」命名

近期，我國在超導量子和光量子兩種系統的量子計算機方面取得了重要的進展，成功構建113個光子144模式的量子計算原型機「九章二號」，和66比特可編程超導量子計算原型機「祖沖之二號」。 在光量子和超導量子兩種系統的量子計算方面取得的重要進展，使我國成為目前世界上唯一在兩種物理體系達到「量子計算優越性」里程碑的國家。

量子就是質量、能量等各種物理量的最小單元，而且它也要以某種粒子狀態存在。如果說到能量，比如光，一個光子就是一個量子。

量子計算機它是 利用量子力學的原理 ，量子力學它可以允許一個物體同時處於多種狀態，那麼比如說0和1同時存在，它可以做一個原理上叫做並行計算，就是很多個任務可以一起完成，因此它就有了這樣一種超越經典計算機的計算能力。

正因為量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定演算法在一些具有重大 社會 和經濟價值的問題方面（如密碼破譯、大數據優化、材料設計、葯物分析等）相比經典計算機實現 指數級別的加速 。

作為最有希望實現可拓展量子計算的候選者之一，其核心目標是如何同步地增加所集成的量子比特數目以及提升超導量子比特性能，從而能夠高精度相干操控更多的量子比特，實現對特定問題處理速度上的指數加速，並最終應用於實際問題中。「祖沖之號」和「祖沖之二號」就是可編程超導量子計算原型機。

「祖沖之號」

「祖沖之號」是包含62個比特的可編程超導量子計算原型機，並在該系統上成功進行了二維可編程量子行走的演示。研究團隊在二維結構的超導量子比特晶元上，觀察了單粒子及雙粒子激發情形下的量子行走現象，實驗研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時通過調制量子比特連接的拓撲結構的方式構建馬赫-曾德爾干涉儀，實現了可編程的雙粒子量子行走。該成果為在超導量子系統上實現量子優越性展示及可解決具有重大實用價值問題的量子計算研究奠定了技術基礎。

「祖沖之二號」

「祖沖之二號」是66比特可編程超導量子計算原型機「祖沖之二號」，求解「量子隨機線路取樣」任務的速度比目前全球最快的超級計算機快1000萬倍以上，這使得中國成為目前唯一在兩條技術路線上達到「量子優越性」里程碑的國家。

研究人員介紹，「祖沖之二號」的並行高保真度量子門操控能力和完全可編程能力，有望找到有實用價值的應用，預期包括量子機器學習、量子化學等。

很多時候，說到量子，並且跟能量綁在一起說的時候，大家就喜歡用「光」來舉例。一個光量子，就是指的一個量子。這個概念是在1905年被愛因斯坦引入到光學里的，後來大家熟知的以及如今的「九章」所使用的「光子」，實質上就是這個「光量子」。

「九章號」

「九章號」是76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機。「九章」處理特定問題的速度比目前世界排名第一的超級計算機「富岳」快一百萬億倍，同時也等效地比谷歌發布的53比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍，成功實現了量子計算領域的第一個里程碑——量子計算優越性。「九章號」量子計算原型機確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現規模化量子模擬機奠定了技術基礎。

「九章二號」

「九章二號」是113個光子144模式的量子計算原型機。求解高斯玻色取樣數學問題比目前全球最快的超級計算機快10的24次方倍（億億億倍），在研製量子計算機之路上邁出重要一步。

據悉，未來的通用型量子計算機可望在密碼破譯、天氣預報、材料設計、葯物分析等領域發揮作用。目前的「九章二號」還只是「單項冠軍」，但其超強算力，在圖論、量子化學等領域具有潛在應用價值。

「九章號」和「祖沖之號」分別是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》和我國古代偉大的數學家祖沖之而命名的。

《九章算術》

《九章算術》是中國古代的數學專著，是「算經十書」（漢唐之間出現的十部古算書）中最重要的一種。魏晉時劉徽為《九章算術》作注時說:「周公制禮而有九數，九數之流則《九章》是矣」，又說「漢北平侯張蒼、大司農中丞耿壽昌皆以善算命世。蒼等因舊文之遺殘，各稱刪補，故校其目則與古或異，而所論多近語也」。根據研究，西漢的張蒼、耿壽昌曾經做過增補。最後成書最遲在東漢前期，但是其基本內容在西漢後期已經基本定型。

《九章算術》是幾代人共同勞動的結晶，它的出現標志著中國古代數學體系的形成．後世的數學家，大都是從《九章算術》開始學習和研究數學知識的。唐宋兩代都由國家明令規定為教科書。1084年由當時的北宋朝廷進行刊刻，這是世界上最早的印刷本數學書。所以，《九章算術》是中國為數學發展做出的傑出貢獻。

祖沖之

祖沖之一生鑽研自然科學，其主要貢獻在數學、天文歷法和機械製造三方面。

數學方面，他在劉徽開創的 探索 圓周率的精確方法的基礎上，算出圓周率（π）的真值在3.1415926和3.1415927之間，相當於精確到小數第7位，簡化成3.1415926，祖沖之因此入選世界紀錄協會世界第一位將圓周率值計算到小數第7位的科學家。祖沖之還給出圓周率(π)的兩個分數形式：22/7（約率）和355/113（密率），其中密率精確到小數第7位。祖沖之對圓周率數值的精確推算值，對於中國乃至世界是一個重大貢獻，後人將「約率」用他的名字命名為「祖沖之圓周率」，簡稱「祖率」。

祖沖之寫過《綴術》五卷，被收入著名的《算經十書》中。在《綴術》中，祖沖之提出了「開差冪」和「開差立」的問題。「差冪」 一詞在劉徽為《九章算術》所作的注中就有了，指的是面積之差。「開差冪」 即是已知長方形的面積和長寬的差，用開平方的方法求它的長和寬，它的具體解法已經是用二次代數方程求解正根的問題。而「開差立」就是已知長方體的體積和長、寬、高的差，用開立方的辦法來求它的邊長；同時也包括已 知圓柱體、球體的體積來求它們的直徑的問題。所用到的計算方法已是用三次方程求解正根的問題了，三次方程的解法以前沒有過，祖沖之的解法是一項創舉。

B. 如果地球不出現災難，人類科技在發展500年，世界會變成什麼樣

人類的科技發展算不算慢呢？

就在50多年前，人類才實現了人類登月，如今一些航天機構，卻已經計劃在近幾年實現更遙遠的「登陸火星計劃」。就在1987年之前，我國人民都還在為溫飽擔憂，僅30多年後的今天，已經可以實現「獨立自主研製和實施」空間站了。

不過，以目前人類處境來說，全球氣候變暖，已經成為了人類生存最緊迫且最嚴重的威脅之一。這也導致了南極冰川融化、亞馬遜雨林即將消失等惡性後果。

如果不加以控制，可能不到2011年，人類就將面臨嚴峻的生存挑戰。

如果真有那天，即使推測1000年後的科技發展，也將沒有任何意義。

C. 中國確立算力新里程碑

中國確立算力新里程碑介紹如下：

中國確立算力新里程碑是量子計算原型機「九章三號」問世。

「我們研製了基於光纖時間延遲環的超導納米線探測器，首先把多光子態分束到不同空間模式，然後通過延時把空間轉化為時間，實現了准光子數可分辨的單光子探測系統。」研究團隊成員、中國科大教授陸朝陽說，這些創新使團隊首次實現了對255個光子的操縱能力，極大提升計算的復雜度。

根據業界公開發表的最優經典精確采樣演算法，「九章三號」處理高斯玻色取樣的速度比「九章二號」提升一百萬倍，「九章三號」1微秒可算出的最復雜樣本，當前全球最快的超級計算機「前沿」（Frontier）約需200億年。

10月11日，國際知名學術期刊《物理評論快報》發表了該成果。

據悉，未來的通用型量子計算機可望在密碼破譯、天氣預報、材料設計等領域發揮作用，目前的「九章三號」還只是具有潛在應用價值的「單項冠軍」。

潘建偉團隊表示，期待這次突破能激發科學界更多關於經典演算法模擬的研究，解決各種科學和工程挑戰，加快實現通用型量子計算機。