事業(yè)單位公共基礎(chǔ)知識之科技常識：中國量子計(jì)算機(jī)發(fā)展
在最近，中國在全球超級計(jì)算大會(SC21)上，由之江實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合清華大學(xué)、國家超級計(jì)算無錫中心、上海量子科學(xué)研究中心組成的14人團(tuán)隊(duì)摘得素有超算界諾貝爾獎之稱的“戈登貝爾獎”。打破過去由西方谷歌公司主導(dǎo)的量子霸權(quán)，實(shí)現(xiàn)了我國量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的巨大突破。那么接下來我們就一起總結(jié)一下，中國量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展。
在講解中國量子計(jì)算機(jī)發(fā)展前，我們首先了解一下量子計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識。量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲及處理量子信息的物理裝置。通俗一點(diǎn)來說，就是它打破傳統(tǒng)數(shù)學(xué)算法，采用量子規(guī)律進(jìn)行邏輯運(yùn)算，以量子態(tài)為記憶單元和信息儲存形式。它的基本單位——昆比特，昆比特又稱量子比特，它通過量子的兩態(tài)的量子力學(xué)體系來表示0或1。我們在考試中非常喜歡把量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較，所以大家還需要了解那么相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來說，量子計(jì)算機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)算上，今天是大數(shù)據(jù)時代，在面對海量的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是數(shù)據(jù)越多，計(jì)算越緩慢，計(jì)算精度越低。但是對于量子計(jì)算機(jī)來說由于采用量子來處理信息，數(shù)據(jù)越多，處理的速度越快，同時數(shù)據(jù)處理也越精準(zhǔn)。同時由于量子具有不可克隆的原理，可以防止因?yàn)橛?jì)算機(jī)病毒，導(dǎo)致個人信息被泄露，充分保護(hù)個人的隱私。
量子計(jì)算機(jī)具有這些突出的優(yōu)點(diǎn)，今天中國也逐漸開始重視量子計(jì)算機(jī)。在2020年由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了76個光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。這也是中國第一臺量子計(jì)算機(jī)，為何要命名為九章，主要是為了紀(jì)念中國古代最早的數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》。《九章算術(shù)》是中國古代張蒼、耿壽昌所撰寫的一部數(shù)學(xué)專著，它總結(jié)了先秦兩漢時代的數(shù)學(xué)成就，它的出現(xiàn)標(biāo)志中國古代數(shù)學(xué)形成了完整的體系，是一部具有里程碑意義的歷史著作。
“九章”突出的特點(diǎn)在于計(jì)算速度非常快，在處理數(shù)學(xué)問題求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣問題“九章”只需200秒。它的速度比目前全球最快的超級計(jì)算機(jī)快一百萬億倍。同時在存儲容量突破“世界紀(jì)錄”。我國因此成為全球第二個實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。(量子優(yōu)越性：也被稱為“量子霸權(quán)”。量子計(jì)算機(jī)的工作原理具有超快的并行計(jì)算能力，它往往通過特定算法，在一些具有重大社會和經(jīng)濟(jì)價值的問題方面起到非常重要作用，比如密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等，因此，相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)而言，它能夠?qū)崿F(xiàn)指數(shù)級別的加速。)
計(jì)算機(jī)需要操作系統(tǒng)支持，我們不僅在量子計(jì)算機(jī)技術(shù)上取得巨大突破，在操作系統(tǒng)上也取得巨大突破。2021年中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孵化企業(yè)合肥本源量子計(jì)算科技有限責(zé)任公司在合肥發(fā)布了首款國產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)——本源司南。現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)普遍缺少量子資源管理、多量子計(jì)算任務(wù)并行處理、量子芯片自動化校準(zhǔn)等功能，難以有效利用量子計(jì)算資源。我們利用這個操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在量子芯片自動化校準(zhǔn)、量子資源系統(tǒng)化管理功能等讓量子計(jì)算資源得以高效利用，讓量子計(jì)算資源真正的走出實(shí)驗(yàn)室，讓更多的用戶能夠體驗(yàn)到。
同樣在2021年，我國又在量子計(jì)算機(jī)上取得更大的突破，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉團(tuán)隊(duì)又宣布研制出了新的量子計(jì)算機(jī)“祖沖之號”，這是目前國際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)量最多的量子計(jì)算原型機(jī)，其操縱的超導(dǎo)量子比特達(dá)到62個。該計(jì)算機(jī)命名為“祖沖之”是為了紀(jì)念我國著名數(shù)學(xué)家祖沖之。(祖沖之是世界第一個計(jì)算出圓周率3.1415926和3.1415927之間，使得圓周率能夠精確到小數(shù)點(diǎn)后七位。)1500多年后，新“祖沖之”不僅是目前國際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)最多的量子計(jì)算原型機(jī)，還在此基礎(chǔ)上完成了可編程的二維量子行走。與千年前中國科學(xué)家在圓周率上的領(lǐng)先一樣，“祖沖之號”再次讓中國走在了量子計(jì)算機(jī)的前沿。
