每日資訊：量子計算機：有望突破算力極限

(相關資料圖)

近日，在安徽合肥本源量子實驗室一樓展示大廳，4臺近2米高的“中國造”量子計算機亮相，讓觀眾零距離了解現實版《流浪地球2》中的量子計算機雛形。

要了解量子計算機，首先要知道量子是什么？一份一份的、不連續的稱之為量子化。量子化的微觀粒子就是量子。量子的概念最早出現在科學家解釋黑體輻射的理論中。德國物理學家普朗克提出了量子化的觀念。他認為微觀世界中電磁波絕不是連續的，應是一份一份的。美國物理學家密立根通過油滴實驗證明了電荷并不是連續的，而是量子化的，每一份就是一個元電荷，任何電荷所帶電荷量均應是元電荷電荷量的整數倍。

那么，什么是量子計算機呢？量子理論與計算機相結合，就有了量子計算機。量子計算機是基于量子理論進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的高新科技產品。在傳統計算機中，基本信息單位為比特，運算對象是各種比特序列。與此類似，量子計算機也有自己的基本單位——昆比特。昆比特又稱量子比特，運算對象是量子比特序列。

20世紀80年代初期，貝尼奧夫首先提出了量子計算的思想。1982年，費因曼發展了貝尼奧夫的設想，提出量子計算機可以模擬其他量子系統，這被認為是最早量子計算機的思想。隨后，在1994年，彼得·秀爾提出了量子質因子分解算法，這是量子計算機領域研究的一個階段性跨越。

量子計算機的主要特點是運行速度較快、處置信息能力較強、應用范圍較廣等。與一般計算機比較起來，信息處理量愈多，對于量子計算機實施運算也就愈加有利，也就更能確保運算具備精準性。

當前，量子計算機研制方面取得了重大進展。2017年，谷歌在53個量子比特的超導計算機上進行了隨機量子線路模擬。2020年，潘建偉團隊在光量子計算機“九章”上進行了大規模高斯玻色采樣。2021年，潘建偉團隊成功研制出全球超導量子比特數量最多的量子計算原型機“祖沖之號”,實現了可編程二維62比特量子處理器上的量子行走。美國研究人員首次利用量子計算機模擬出“全息蟲洞”，相關研究成果于2022年12月1日以封面文章形式在國際期刊《自然》發表?？梢钥闯?，經過多年的量子信息技術發展，量子計算機正在穩步前進。

20世紀，物理學天空中最閃亮的幾顆新星之一當屬量子力學的提出與發展。與此同時，電子計算機的誕生也深刻地改變了世界。量子力學與計算機科學在20世紀80年代開始結合，并誕生了一個多學科交叉與融合的新學科方向——量子計算。它在備受關注中快速發展，并有可能產生足以改變傳統計算模式，從而對人類文明產生巨大推動的計算工具——量子計算機。

量子計算機受到廣泛關注的主要原因，是它有可能突破當前經典計算機的算力極限，有望解決一些經典計算機難以解決的問題。雖然在量子計算機領域已經獲得了大量的可喜成果，但是我們還有很多未知的知識需要不斷探索與發現。

（第一作者系西北師范大學教授、博士生導師，第二作者系西北師范大學研究生）

標簽：