九章量子计算机能让中国计算机弯道超车吗?

九章量子计算机能让中国计算机弯道超车吗?

前不久,中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。同天,国际学术期刊《科学》发表了该成果,审稿人评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。

九章开发团队声称当求解5000万个样本的高斯玻色取样时,“九章”需200秒,而目前世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年;当求解100亿个样本时,九章需10小时,而富岳需1200亿年等效来看,“九章”的计算速度比“悬铃木”快100亿倍,并弥补了“悬铃木”依赖样本数量的技术漏洞 。

此消息一出,立即引发一片媒体热潮,似乎可以超越电子计算机的量子计算机指日可待了。还有问九章能不能挖比特币的。

事实果真如此吗?我们来看一下。

1200亿年是算的什么东西?

这次九章开发团队宣传使用的计算是高斯玻色取样,100亿样本的时候,这个东西用世界第一超算富岳算要1200亿年而九章只要10个小时,这个数据把量子计算机推上神坛。

而实际上,这个高斯玻色取样电子计算机和量子计算机计算方式是不同的。

电子计算机计算高斯玻色取样是用算法计算出来的,而量子计算机计算其实是一种蒙特卡洛模拟,如果电子计算机用软件做这种模拟,速度也是远远快于数值计算的。

这个计算因为比较适合量子计算机模拟,所以被研究量子计算机的人找出来作为量子计算机宣传的一个标准。

这个就好像,你用现在3D技术去做光线追踪,需要很高的计算能力才能做到。而你用照片拍摄,里面的光线就是真实的。你只要不断提高光线追踪准确性的要求,对3D计算能力的要求就是没有上限的,光线无限可分,分辨率无限可分嘛。

所以,这个计算缺乏实际用途,只是一个验证量子计算机可能性的东西。

“九章“真正的意义在哪里?

量子计算机的理论计算能力确实是远超电子计算机的,但是要实现真正的量子计算机,大约需要控制百万级别的量子,才能搞出来类似于电子计算机一个晶体管的功能,而电子计算机晶体管技术发明是40年代的事情。

那么,“九章“是什么水平呢?

“九章“的目标是能控制100个量子,实际控制了76个,而谷歌的“悬铃木”只控制了53个。

虽然两者实现的方式完全不同,做的运算完全不同,但是控制量子的数量是可以比较的。

就是说,在向真正量子计算机发展的道路上,中国向前迈进了一步,虽然这一步距离真正可用的量子计算机还很远。

人类距离量子计算机还有多远?

目前,谷歌的技术路线,要求接近绝对零度的低温,而中国的技术路线,对一些设备精度的要求是极限级别的。再进一步都非常困难。

但是,量子计算机已经表现出在一些专用计算中的巨大潜力。只要找到一个量子计算模拟与真实需求的结合点,量子计算机在控制百万量子之前,就可以具有实用性。

谷歌的Craig Gidney和瑞典斯德哥尔摩KTH皇家理工学院的Martin Ekera研究过,量子计算机如果达到2000个量子位来计算,就可以在八个小时内破解2048位RSA密码。而超级计算机破解需要用80年。

在制药、材料等方面,量子计算机也有可能提供有用的计算能力。

所以,尽管量子计算机替代电子计算机还非常遥远,但是一些量子计算应用于特定计算已经看到了曙光。几十年内就可能有一些专用的量子计算机,计算某个有用的特定计算,性能远远超过电子计算机。

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