本文來自中國電子報(bào)、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，作者/宋婧。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布消息稱，由潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團(tuán)隊(duì)，基于“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)完成了對“稠密子圖”和“Max-Haf”兩類圖論問題的求解，比全球最快的超級計(jì)算機(jī)使用當(dāng)前最優(yōu)經(jīng)典算法，精確模擬同一實(shí)驗(yàn)的速度快了約1.8億倍。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)和理論研究了“九章”處理這兩類圖論問題為搜索算法帶來的加速，及該加速對于問題規(guī)模和實(shí)驗(yàn)噪聲的依賴關(guān)系。該研究成果系首次在具有量子計(jì)算優(yōu)越性的光量子計(jì)算原型機(jī)上開展的、面向具有應(yīng)用價(jià)值問題的實(shí)驗(yàn)研究。相關(guān)論文近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上，并被Physics網(wǎng)站專題報(bào)道。
“九章”量子計(jì)算原型機(jī)與圖論問題對應(yīng)關(guān)系原理示意圖（圖片來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）
量子計(jì)算的物理實(shí)現(xiàn)分三步走
記者了解到，量子計(jì)算機(jī)在原理上可通過特定算法在一些具有重大社會和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的問題方面，獲得比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的算力。當(dāng)前，大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)是世界科技前沿的重大挑戰(zhàn)之一。針對量子計(jì)算的物理實(shí)現(xiàn)，國際學(xué)術(shù)界采取三步走的路線圖。第一階段是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的優(yōu)越性，量子計(jì)算系統(tǒng)對某些特定問題的求解速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)，展現(xiàn)出量子計(jì)算本身的優(yōu)勢。第二階段是構(gòu)建專用的量子模擬器，用來求解一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以勝任的特定復(fù)雜問題，比如高溫超導(dǎo)機(jī)制等。第三階段的目標(biāo)是希望在量子糾纏的幫助下，實(shí)現(xiàn)通用的可編程量子計(jì)算。
“稠密子圖”和“Max-Haf”是圖論中兩個(gè)經(jīng)典的優(yōu)化問題，難以在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上進(jìn)行有效處理。而通過充分利用量子計(jì)算機(jī)并發(fā)計(jì)算的特點(diǎn)，這些問題可以得到更高效的解決方案。本次研究團(tuán)隊(duì)在“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)上進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，成功解決了這兩個(gè)問題，為未來的量子計(jì)算技術(shù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
“2020年我們實(shí)現(xiàn)了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)‘九章’，‘九章’在求解高斯玻色取樣的特定問題上，速度是當(dāng)時(shí)最快的經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)的100萬億倍。之后，我們不斷對系統(tǒng)進(jìn)行升級，近期已經(jīng)完成了255個(gè)光子的‘九章3號’計(jì)算原型機(jī)，它針對特定問題的求解能力比經(jīng)典的超級計(jì)算機(jī)快1000萬億倍。”中國科學(xué)院院士、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院院長、中國科技大常務(wù)副校長潘建偉此前表示。
“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)（圖片來源：安徽省科技廳）
此外，他還透露，希望在未來的5年可以達(dá)到對數(shù)百個(gè)量子比特的相關(guān)操縱，構(gòu)建專用的量子模擬器幫助人們理解一些復(fù)雜的物理系統(tǒng)規(guī)律，如高溫超導(dǎo)的機(jī)理、量子霍爾效應(yīng)等。通過10至15年的努力，希望能夠操縱上百萬個(gè)量子比特，并實(shí)現(xiàn)量子糾纏，初步構(gòu)建可編程的通用量子計(jì)算機(jī)。
量子計(jì)算軟件研究也不容忽視
近年來，中國在量子計(jì)算硬件方面已取得了一系列創(chuàng)新突破。同時(shí)，也有專家提醒，量子計(jì)算軟件的研究也不容忽視。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授應(yīng)明生表示，量子計(jì)算可能是計(jì)算機(jī)科學(xué)在很長一段時(shí)間內(nèi)最具革命性的事情。從未來產(chǎn)業(yè)來說，最終量子軟件的市場甚至比硬件還要大。從學(xué)科建設(shè)來說，做量子計(jì)算只靠物理學(xué)家的努力是明顯不夠的，計(jì)算機(jī)科學(xué)家不參與是很難做好的。國內(nèi)從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度研究量子計(jì)算基本是空白，人才培養(yǎng)極為重要。
值得一提的是，隨著國內(nèi)大模型浪潮愈演愈烈，有觀點(diǎn)認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)或?qū)⒊蔀閷?shí)現(xiàn)強(qiáng)人工智能的必要條件。對此，應(yīng)明生指出，量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算相比，優(yōu)勢在速度。而實(shí)現(xiàn)所謂的“強(qiáng)人工智能”，恐怕速度不是唯一的制約因素。量子計(jì)算機(jī)是否能夠更好地訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目前還沒有得到很好的理解。
“量子計(jì)算的挑戰(zhàn)實(shí)在太多了。如何做出量子計(jì)算機(jī)硬件是極大的挑戰(zhàn)，這是目前物理學(xué)家正在努力做的事情。一旦有了量子計(jì)算機(jī)，如何用好它將是對于計(jì)算機(jī)科學(xué)家的巨大挑戰(zhàn)。”應(yīng)明生表示。
