因计算能力强、应用前景广，量子科技被视为“决定未来的技术”。
九章二号
近日，著名物理学期刊《物理评论快报》同时发表了中国科学技术大学的两篇论文。文章表明，潘建伟团队研制的两台量子计算机成功升级为“祖冲之二号”和“九章二号”。这意味着中国成为目前世界上唯一在两种物理体系达到量子计算优越性里程碑的国家，可谓“双喜临门”。
是不是每个字都认识，却读不懂是什么意思？别着急，本期《天目Tech+》带你一起了解。
祖冲之二号
针对特定问题
量子计算算力强悍
“祖冲之号”和“九章”升级为2.0版本，究竟有何意义？在回答这个问题前，我们首先要理解，何为量子计算。本质上，量子计算是一种新的计算原理，通过特定算法，它能产生超越经典计算机的强大算力。日本的超级计算机“富岳”是目前世界上最强的经典计算机，它每秒能运行44.2亿亿次浮点运算。即便其算力已不容小觑，但与量子计算机相比，仍相形见绌。以光量子计算机“九章二号”为例，在特定问题的计算上，它比超级计算机快亿亿亿倍（10的24次方倍）。量子计算的“威力”，可见一斑。不过，量子计算机并不会完全取代经典计算机。因为量子计算机只是在某些特定问题的计算速度上超过了经典计算机，并不是所有问题。比如光量子计算机“九章”只用于计算高斯玻色采样；超导量子计算机“祖冲之号”则用于处理量子随机线路取样问题。
据了解，这也是最能展示量子计算优越性的两个方案。量子计算优越性是指处理某个特定问题，量子计算机超过了最强的经典计算机。
但实现量子计算优越性并非易事。量子计算机的超强算力，离不开其特殊的数据存储方式——量子比特。量子计算机能高精度操控的量子比特数越多，它处理特定问题的速度就越快。而量子态（电子做恒稳的运动）脆弱又敏感，极易受到周围环境噪声的影响。对量子计算机而言，不论是增加集成的量子比特数，还是提高操控保真度，都是一项严峻的挑战。
两种物理体系
实现量子计算优越性
随着技术与理论的进步，近年来，量子计算不断取得重要进展。
最近，潘建伟团队把九章和祖冲之号升级成2.0版本，让中国成为世界上唯一一个在超导和光学两条物理体系上实现量子计算优越性的国家。物理体系可以简单理解为技术路线。实现量子计算机的技术路线有很多，包括超导量子比特、光学、超冷原子、离子阱、半导体量子点等。因别具优势，超导量子比特和光学在众多物理体系中“脱颖而出”。在超导量子比特体系上，2019年，谷歌构建了53比特的超导量子计算原型机“悬铃木”，实现量子计算优越性。
在光学体系上，2020年，潘建伟团队构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，使中国成为全球第二个实现量子计算优越性的国家。同年5月，潘建伟团队还构建了62比特的“祖冲之号”。它跟“悬铃木”同属超导量子计算机，因操控性不够好，并未实现量子计算优越性。那么，相比升级前，“九章二号”和“祖冲之二号”有何突破？其中，“九章二号”的算力实现了巨大提升。它在处理高斯玻色取样问题上，比“九章”快100亿倍。
而“祖冲之二号”首次实现了量子计算优越性。在随机线路取样问题的处理上，它比目前最快的超级计算机“富岳”快7个数量级；在计算复杂度上，它比“悬铃木”提高了6个数量级。可以说，目前，中国的量子计算研究世界领先。
量子计算机的三个目标
应用潜力大
面向未来的前沿技术
虽然量子计算发展得如火如荼，但我们目前还没有造出任何一台有实用价值的量子计算机。
“悬铃木”、“九章二号”、“祖冲之二号”这些声名在外的量子计算机都只是停留在实验室阶段的原型机。那么，实现量子计算优越性究竟有何意义？量子计算的发展无法一蹴而就。首先，要能相干操纵50个以上量子比特，实现量子计算优越性；其次，需要相干操纵数百到数千量子比特，制成实用量子模拟机；最后，相干操纵数百万量子比特，制成通用量子计算机。
量子计算优越性的实现，标志着量子计算的发展将进入第二阶段，有望应用于特定领域。比如“祖冲之二号”采用全新的倒装焊3D封装工艺，解决了大规模比特集成的问题，实现了66个数据比特、110个耦合比特、11路读取的高密度集成。它的并行高保真度量子门操控能力和完全可编程能力，有望应用于量子机器学习、量子近似优化等领域。“九章二号”的超强算力在图论、量子化学等领域也具有潜在应用价值，未来有望在密码破译、天气预报、材料设计、药物分析等领域发挥作用。