量子计算机最终形态图（量子霸权已实现）

不知不觉，计算机已经成为了人们家中最常见的东西之一，在网络发达的信息时代，不论是工作还是休闲娱乐都会用到它。

现代人的生活已离不开计算机

当然，计算机的发展并不会止步于此，科学家早就研发出了更高级的版本，比如超级计算机和量子计算机。

其中量子计算机的计算能力甚至比超级计算机还要快亿亿亿倍，实在是让人震惊。而我国九章与祖冲之二号的出现，也标志着咱们在量子计算机领域再创佳绩。那么，它们的存在是否能说明中国已实现事实量子霸权了呢？

九章二号光量子干涉实物图

大多数人都只听说过超级计算机，比如我国的天河一号计算机、欧洲的尤金计算机等等，这些超级计算机表面上看起来跟计算机基本没什么关系，而且占地面积还大的惊人。

千兆次超级计算机天河一号

虽然超级计算机的性能已经很强了，其运算速度平均每秒都能达到1000万次以上，可是这依旧不是人类想要的“最快速度”。并且，上世纪八十年代计算机势头正猛的时候，有科学家提出了一个问题，那就是“摩尔定律是否会终结”，在这种情况下有人意识到“量子计算机”将会成为解决这一问题的关键。

量子计算机的概念图

原来，摩尔定律的基础就是不断提高电子芯片的集成度，这表面上看没什么问题，但是当芯片集成度变高之后，操作时丢失的大量比特所转换出的热量就会越多，这样的话芯片就会被烧坏，这也是为什么高速运转的笔记本可以用来当“暖手宝”。

因此，科学家指出在摩尔定律失效之后，人类还想提高计算机的计算速度，就必须尝试创造量子计算机。这种计算机的运行规律遵循量子力学，其基本运行单元是量子比特，能够同时处于“多个状态”。

在这种情况下，传统计算机的二进制状态无疑会被“秒杀”。

量子计算机与传统计算机的对比图

由此可见，计算机本来就是一种很强大的设备，再将它与神奇的“量子力学”相结合，造出的产物自然是寻常设备无法比拟的。

在强大信息处理能力的加持之下，量子计算机在天气预报、药物研制、交通调度等多个方面都有着广阔的市场，正因如此它成为了各国研究的重点。

九章二号量子计算机

我国的九章二号和祖冲之二号就是在这样的期待下诞生的，那么它们到底有多强呢？真的会比超级计算机快亿亿亿倍吗？

首先咱们先来介绍一下九章二号，它是我国光量子计算原型机“九章号”的升级版，其名字的来源是我国著名的数学专著《九章算术》，代表着人们对“计算能力及速度”的超高追求。

算力得到巨大提升的九章二号

实际上，最初九章号诞生的时候，大家就觉得已经很令人骄傲了。但是中国科学技术大学中科院量子信息创新研究院的科学家却认为远远不够，所以他们又对九章号进行了改良升级，最终让性能更高的“九章二号”顺利诞生。

中科院量子信息研究院的陆朝阳在接受采访时介绍到，“我们在激光‘受激发辐射放大’概念的启发下，对量子光源进行了改进，使光子的产率较之前提升了三倍，光源关键指标也从63%提升到92%。”

九章二号实验照片

除此之外，九章二号的多光子量子干涉线路与探测到的光子数都有增加，前者从以前的100维度增加到了144维度，后者则达到了113个，处于领先水平。

在基础性能提高的情况下，九章二号还具备了相位可编程功能，即使是不同参数的数学问题也能顺利求解。

当然，最重要的还是它的计算速度。根据科学家的描述，九章二号在高斯玻色取样方面的处理速度要比超级计算机快亿亿亿倍，这个“倍数”确实直接将超级计算机碾在了土里。

九章二号整体装置示意图

其次再来说说祖冲之二号，它的原型机是超导量子计算机祖冲之号。相较于九章二号的升级速度，祖冲之号的升级速度明显更快，半年之内就造出了升级版“祖冲之二号”。

与自己的前身相比，祖冲之二号实现了66个数据比特、11路读取的高密度继承，让最大态空间的维度达到了1019。

不过在速度方面，祖冲之二号就没有九章二号那么快了，其在处理量子随机线路取样问题上只比超级计算机快一千万倍左右。但是，在计算难度方面，已经甩了谷歌的“悬铃木”几条街。

对此中国科技大学量子创新院的教授朱晓波表示：“目前研究团队已在进行更复杂的实验，以期不断刷新纪录，五年之后，希望可以验证‘有纠错保护的量子比特’，最终走向通用容错的量子计算。”

“祖冲之二号”量子处理器

综上所述，九章二号和祖冲之二号的性能在全球都是数一数二的，甚至以九章二号来说它的存在都刷新了国际光量子操纵技术水平，受到了国际上科学家的高度认可。

比如著名量子物理学家Barry Sanders在得知这一消息后，就称赞这是“令人印象深刻的最前沿的进步”。

而祖冲之二号的性能提升，标志着我国首次在超导量子计算领域当中超越了谷歌，是一个“里程碑”式的存在。

祖冲之二号的二维超导量子比特芯片

既然这样，这是否代表着我国已经实现“事实量子霸权”了呢？实际上，虽然成果是相当不错的，但是还没有到实现事实量子霸权的地步，因为这些年来，全球各国都在量子计算领域积极钻研。

在这种情况下，大家的研究进度相差的不是太大，都在“你追我赶”的进程当中不断相互超越。

各国量子专利数量示意图

全球量子计算发展态势

咱们在前文中介绍量子计算机的时候就提到了，由于量子计算机的性能十分优越，数据处理能力非常强，而如今又是信息时代，这种“信息技术”自然备受关注。

在这种情况下，量子计算已经成为了世界各国抢占经济、军事、安全等领域优势的战略制高点。

甚至有人认为，构建实用化的通用量子计算机已经可以称之为是“21世纪的太空竞赛”了。对此，每个国家都在积极推进量子计算的研究和项目部署，试图能够获得更多的“量子优势”。

谷歌的量子计算优势

以美国为例，他们是全球最早将量子信息技术列入国家战略的，一直以来政府、国防部、能源部等对于量子计算都十分关注，不仅投入了大量的资金，还鼓励在这个领域当中多多建设项目，促进“商业化应用”尽早实现。

资料显示，自2014年到2019年，美国NSF资助量子计算项目共计145项，资助总额约6382万美元。

美国国家科学基金会

值得一提的是，承担量子计算项目的大学都是美国顶尖的高校，比如说麻省理工学院、普林斯顿大学、斯坦福大学、哈佛大学等等，其中获资项目最多的就是麻省理工学院，算得上是“一骑绝尘”了。

负责量子计算项目的哈佛团队

除了美国以外，欧洲作为量子理论的发源地，也十分重视这个领域的突破研究。比如欧盟在2016年的时候，就发布了“量子技术期间计划”，投资了约10亿欧元开展研究，争取尽早建立起极具竞争力的量子产业。

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