2021年5月8日，世界之最“祖沖之號”問世

2021年初夏時節(jié)，中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院內(nèi)，一群懷揣夢想的科學(xué)家——潘建偉、朱曉波及彭承志等人心懷壯志，共同朝著一個宏偉目標(biāo)奮力邁進。同年5月，經(jīng)過不懈努力，他們成功研發(fā)出名為“祖沖之號”的量子計算原型機。這臺原型機的超導(dǎo)量子比特數(shù)量高達62個，成功實現(xiàn)了二維量子行走的可編程化，為量子計算領(lǐng)域的發(fā)展注入了強勁動力。

潘建偉院士

隨著“祖沖之號”的問世，中國的量子科技研究正式邁入世界先進行列，成為了全球量子技術(shù)革命浪潮中的一股不可忽視的力量。這不僅是我國量子科技領(lǐng)域的一次重大技術(shù)突破，更是中國在第二次量子革命中嶄露鋒芒、彰顯實力的關(guān)鍵時刻。

什么是量子計算機？

量子計算機與我們?nèi)粘Ｊ褂玫膫鹘y(tǒng)計算機存在本質(zhì)差異。傳統(tǒng)計算機依賴電路的開關(guān)狀態(tài)，將信息轉(zhuǎn)化為二進制（1和0）進行計算、傳輸與存儲。相比之下，量子計算機則基于量子相干疊加原理，利用原子、光子等基本粒子的量子態(tài)進行計算，開辟了計算領(lǐng)域的新紀(jì)元。

2020年底，我國科研團隊成功研發(fā)出基于光子的量子計算原型機“九章”，這一成就使我國在量子計算領(lǐng)域躍居世界前列。具體而言，“九章”在處理特定任務(wù)時的速度，比當(dāng)前全球最快的超級計算機快了100萬億倍。這一速度優(yōu)勢極為顯著，若將傳統(tǒng)計算機比作自行車，量子計算機則如同翱翔天際的飛機。例如，操控50個微觀粒子的量子計算機，在特定問題上的處理能力已超越“神威·太湖之光”超級計算機。

量子計算機的優(yōu)勢不僅限于速度。它的出現(xiàn)有望徹底改變我們對計算的認(rèn)知和應(yīng)用方式，為藥物研發(fā)、天氣預(yù)報、人工智能等多個領(lǐng)域帶來前所未有的潛力與機遇。量子計算機正引領(lǐng)我們進入一個充滿無限想象與可能的新時代。

“世紀(jì)幽靈”量子有多神奇？

作為物質(zhì)世界的基本構(gòu)成單元，量子曾被視為深奧且陌生的概念，但如今已成為全球科技前沿的代表，正悄然改變我們的生活。

量子究竟是什么？在宏觀視角中，我們看到的是連續(xù)的光，而在微觀層面，光則被分解為無數(shù)以粒子形態(tài)存在的光子，每個光子都是一個量子。我們的舉手投足、每一次呼吸，都伴隨著萬億量子的移動，它們雖無形無跡，卻無處不在，因此被形象地稱為“世紀(jì)幽靈”。

量子具有諸多神奇特性。中國科學(xué)院物理所固態(tài)量子實驗室主任范桁以圓柱體水杯為例解釋：從正面看水杯呈矩形，從頂部看則為圓形，這反映了量子的不確定性，即從不同角度觀察可能得到不同狀態(tài)。此外，量子還易受外部探測干擾，并具有波粒二象性、量子隧穿、量子糾纏等特性。

那么，量子有哪些實際應(yīng)用呢？科學(xué)家利用量子的“疊加”原理，研發(fā)出超導(dǎo)量子計算機。這一原理類似于孫悟空的分身術(shù)，一個量子可同時處于多種狀態(tài)，從而實現(xiàn)并行運算。例如，在處理10的90次方這樣的天文數(shù)字時，量子計算機展現(xiàn)出強大的計算能力，遠超傳統(tǒng)計算機。面對這些龐大且復(fù)雜的數(shù)字，量子計算機正成為人類應(yīng)對挑戰(zhàn)的新利器。即使采用全球最快的常規(guī)計算機進行分解，該過程仍需耗時約15萬年之久，這一數(shù)字令人嘆為觀止，同時也成為眾多數(shù)學(xué)家與計算機科學(xué)家的重大挑戰(zhàn)。

不過，科技進步正引領(lǐng)我們走向新的希望。未來的量子計算機，這一前沿且充滿未知的技術(shù)，有望成為破解這一難題的鑰匙。不同于傳統(tǒng)計算機，量子計算機依托量子力學(xué)原理，能在極短時間內(nèi)完成這一艱巨任務(wù)。這一突破性進展，預(yù)示著加密技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域?qū)⒂瓉眍嵏残缘淖兏铩?/p>

中國躋身量子科技領(lǐng)域第一梯隊

2021年5月8日，潘建偉科研團隊創(chuàng)造了一項歷史性的成就,他們憑借自主研發(fā)的二維結(jié)構(gòu)超導(dǎo)量子比特芯片，成功打造出全球范圍內(nèi)超導(dǎo)量子比特數(shù)量最多的可編程超導(dǎo)量子計算原型機——“祖沖之號”。這一成就，充分展示了中國在量子科技領(lǐng)域的頂尖實力與創(chuàng)新能力。

“祖沖之號”原型機內(nèi)置62個可精準(zhǔn)操控的超導(dǎo)量子比特，這一數(shù)字超越了谷歌“懸鈴木”量子計算機的53個量子比特，標(biāo)志著我國在超導(dǎo)量子比特數(shù)量上占據(jù)了全球領(lǐng)先地位。這一顯著優(yōu)勢，不僅彰顯了“祖沖之號”的技術(shù)實力，更意味著我國在超導(dǎo)量子系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域已邁入世界先進行列。

值得一提的是，“祖沖之號”成功實現(xiàn)了二維可編程量子行走的演示，這一突破性實驗為量子計算在解決具有廣泛實用價值的問題上奠定了堅實基礎(chǔ)。從大數(shù)據(jù)優(yōu)化、天氣預(yù)報、材料科學(xué)設(shè)計，到密碼破譯、藥物研發(fā)等多個領(lǐng)域，量子計算均展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的發(fā)展前景。

“祖沖之號”的成功研制，無疑為我國量子計算領(lǐng)域的發(fā)展注入了強勁動力，同時也向世界展示了量子科技的無限魅力和廣闊未來。

參考來源：環(huán)球網(wǎng)、澎湃新聞、央廣網(wǎng)、《上?？萍紙蟆?/p>