因計算能力強、應用前景廣，量子科技被視為“決定未來的技術”。
九章二号
近日，著名實體學期刊《實體評論快報》同時發表了中國科學技術大學的兩篇論文。文章表明，潘建偉團隊研制的兩台量子計算機成功更新為“祖沖之二号”和“九章二号”。這意味着中國成為目前世界上唯一在兩種實體體系達到量子計算優越性裡程碑的國家，可謂“雙喜臨門”。
是不是每個字都認識，卻讀不懂是什麼意思？别着急，本期《天目Tech+》帶你一起了解。
祖沖之二号
針對特定問題
量子計算算力強悍
“祖沖之号”和“九章”更新為2.0版本，究竟有何意義？在回答這個問題前，我們首先要了解，何為量子計算。本質上，量子計算是一種新的計算原理，通過特定算法，它能産生超越經典計算機的強大算力。日本的超級計算機“富嶽”是目前世界上最強的經典計算機，它每秒能運作44.2億億次浮點運算。即便其算力已不容小觑，但與量子計算機相比，仍相形見绌。以光量子計算機“九章二号”為例，在特定問題的計算上，它比超級計算機快億億億倍（10的24次方倍）。量子計算的“威力”，可見一斑。不過，量子計算機并不會完全取代經典計算機。因為量子計算機隻是在某些特定問題的計算速度上超過了經典計算機，并不是所有問題。比如光量子計算機“九章”隻用于計算高斯玻色采樣；超導量子計算機“祖沖之号”則用于處理量子随機線路取樣問題。
據了解，這也是最能展示量子計算優越性的兩個方案。量子計算優越性是指處理某個特定問題，量子計算機超過了最強的經典計算機。
但實作量子計算優越性并非易事。量子計算機的超強算力，離不開其特殊的資料存儲方式——量子比特。量子計算機能高精度操控的量子比特數越多，它處理特定問題的速度就越快。而量子态（電子做恒穩的運動）脆弱又敏感，極易受到周圍環境噪聲的影響。對量子計算機而言，不論是增加內建的量子比特數，還是提高操控保真度，都是一項嚴峻的挑戰。
兩種實體體系
實作量子計算優越性
随着技術與理論的進步，近年來，量子計算不斷取得重要進展。
最近，潘建偉團隊把九章和祖沖之号更新成2.0版本，讓中國成為世界上唯一一個在超導和光學兩條實體體系上實作量子計算優越性的國家。實體體系可以簡單了解為技術路線。實作量子計算機的技術路線有很多，包括超導量子比特、光學、超冷原子、離子阱、半導體量子點等。因别具優勢，超導量子比特和光學在衆多實體體系中“脫穎而出”。在超導量子比特體系上，2019年，谷歌建構了53比特的超導量子計算原型機“懸鈴木”，實作量子計算優越性。
在光學體系上，2020年，潘建偉團隊建構了76個光子的量子計算原型機“九章”，使中國成為全球第二個實作量子計算優越性的國家。同年5月，潘建偉團隊還建構了62比特的“祖沖之号”。它跟“懸鈴木”同屬超導量子計算機，因操控性不夠好，并未實作量子計算優越性。那麼，相比更新前，“九章二号”和“祖沖之二号”有何突破？其中，“九章二号”的算力實作了巨大提升。它在處理高斯玻色取樣問題上，比“九章”快100億倍。
而“祖沖之二号”首次實作了量子計算優越性。在随機線路取樣問題的處理上，它比目前最快的超級計算機“富嶽”快7個數量級；在計算複雜度上，它比“懸鈴木”提高了6個數量級。可以說，目前，中國的量子計算研究世界領先。
量子計算機的三個目标
應用潛力大
面向未來的前沿技術
雖然量子計算發展得如火如荼，但我們目前還沒有造出任何一台有實用價值的量子計算機。
“懸鈴木”、“九章二号”、“祖沖之二号”這些聲名在外的量子計算機都隻是停留在實驗室階段的原型機。那麼，實作量子計算優越性究竟有何意義？量子計算的發展無法一蹴而就。首先，要能相幹操縱50個以上量子比特，實作量子計算優越性；其次，需要相幹操縱數百到數千量子比特，制成實用量子模拟機；最後，相幹操縱數百萬量子比特，制成通用量子計算機。
量子計算優越性的實作，标志着量子計算的發展将進入第二階段，有望應用于特定領域。比如“祖沖之二号”采用全新的倒裝焊3D封裝工藝，解決了大規模比特內建的問題，實作了66個資料比特、110個耦合比特、11路讀取的高密度內建。它的并行高保真度量子門操控能力和完全可程式設計能力，有望應用于量子機器學習、量子近似優化等領域。“九章二号”的超強算力在圖論、量子化學等領域也具有潛在應用價值，未來有望在密碼破譯、天氣預報、材料設計、藥物分析等領域發揮作用。