中国量子计算原型机“九章”问世，外国专家披露背后趣事

[文/观察者网李彤]

以世界领先的科研成果命名“九章”，。。科学家再次奏响“中华演义”，不仅纪念。。古代最早的数学专著《九章算术》，也是对过去20年努力的致敬。

观察者。com注意到，中科大院士潘建伟的研究团队，既有28岁成为教授的中坚力量，也有1997年的后人。

为《科学》杂志评审这篇论文的外国专家还发表了一篇与。。团队的有趣互动，感觉“这是我写过的最贵的评审报告”。他还感谢。。科学家送来200个口罩。

图来自新华网

比《悬铃木》更快，《九章》后来居上。

北京时间12月4日，国际学术期刊《科学》网站发表了。。科学技术大学潘建伟、陆朝阳与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心组成的研究团队的合作成果。

他们构建了76光子量子计算原型“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色采样”任务的快速求解。

“九章”的力量是什么？

2019年，谷歌推出了拥有53个超导量子比特的计算机“悬铃木”。一个数学算法的计算效率远超当时世界上最快的超级计算机，率先实现了“量子优势”。

国外也称之为“量子霸权”)。

“九章”使。。成为世界上第二个实现“量子优势”的国家，后来居上。

据新华社报道，高斯玻色采样是一种计算概率分布的算法，可用于编码和解决各种问题。在解决5000万样本的高斯玻色采样问题时，“九章”需要200秒，世界上最快的超级计算机“福悦”需要6亿年。

。。科学技术大学的新闻稿还指出，按照目前最优的经典算法，“九章”处理高斯玻色样本的速度比超级计算机“福悦”快100万亿倍，比谷歌的“悬铃木”快100亿倍。

同时，高斯玻色采样证明的量子计算的优越性不依赖于样本数，克服了谷歌53位随机线采样实验中量子优越性依赖于样本数的漏洞。

图来自新华网

图片来自文慧网

但是，潘建伟团队的光量子计算机和谷歌的超导量子计算机，实现“量子优势”的方式不同，各有所长。

尤其，国际同行公认，量子计算机领域有三个指标性的发展阶段：发展具备50-100个量子比特的高精度专用量子计算机，

实现计算科学中“量子计算优越性”的里程碑；将量子模拟机用于解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题，比如量子化学、新材料设计、优化算法等；研制可编程的通用量子计算原型机。

目前，“九章”刚刚帮助我国达成第一个里程碑，是一台专用型量子计算机，和“悬铃木”一样只能用来解决一个特定问题。而在图论、机器学习、量子化学等领域的潜在应用，将是“九章”后续发展的重要方向。

潘建伟今年表示，“希望能够通过15年到20年的努力，研制出通用的量子计算机，来解决密码分析、药物设计等很多非常广泛的问题。”

试验“太烧钱”、寄来200只口罩……美专家披露有趣互动

观察者网注意到，潘建伟团队可以说非常年轻。其中，80后的陆朝阳早在28岁时，就成为了中科大最年轻的教授。

另据《知识分子》 披露，排在论文作者栏前列的钟翰森为95年出生，王辉是91年出生，陈明城90年出生，邓宇皓则生于97年。

。。截图

作为《科学》 杂志的审稿人之一，美国得克萨斯大学奥斯汀分校广受尊敬的量子计算机科学家斯科特亚伦森（Scott Aaronson），在“九章”论文发布当天，

通过博客分享了他对这一研究成果的评价，以及他与。。科学家们的有趣互动。

亚伦森曾在麻省理工学院执教9年。更重要的是，他是高斯玻色取样的共同提出者。

博客文章截图

他认为，76个光子的量子计算原型机“九章”“达到并超过了经典超级计算机可以验证结果的极限”。

他说，一年前，这个研究小组刚刚宣布完成14个光子玻色取样任务。这是继去年谷歌成果之后，第二次实现“量子优越性”，也是第一次通过光量子而非超导量子比特实现，亚伦森对此感到“高兴”。

一直以来，耶鲁大学和耶路撒冷希伯来大学教授、数学家吉尔凯拉伊（Gil Kalai）都对量子计算机和“量子优越性”持怀疑态度。“九章”官宣后，亚伦森在博文中特别点名了凯拉伊。

因为在2013年和2015年，凯拉伊曾在这个博客留下评论，说玻色取样规模永远不会超过8到10个光子：“如果外星人逼我们尝试，那我们唯一的希望将是攻击外星人。”

与此同时，亚伦森在文中欲扬先抑地表达了他看到“九章”后的感受。

亚伦森

因为不少专业人士提出，想通过玻色取样实现“量子霸权”是个死胡同，困难重重。尤其在谷歌首先借助超导量子比特验证“量子优越性”之后，亚伦森也不清楚还会不会有人做这种尝试。

“即使在一年前得知潘建伟团队的研究计划后，我还是持怀疑态度，想着等到看见论文，我就会相信了。”

至于谷歌在一年前就宣布了“量子霸权”，这个新实验的意义是什么？亚伦森表示，对他来说，“量子霸权”至少要验证两次才行。而且，这是首次通过光子证明“量子优越性”的可能性。最后，正如论文所指出的，

与谷歌相比，新实验有一个很大的技术优势：输出态空间维数大幅提高，其能力是IBM此前为反驳谷歌成果所提出的经典计算机替代办法也难以做到的。

最后，亚伦森还讲述了两个有趣的背后故事。

他曾经问作者，为什么实验只验证到26-30个光子，超过这范围的就通过合理推断解释？因为现有的计算机应该能验证到40-50个光子。

几周后，作者回复说，他们现在已经验证了40个光子的结果，其间消耗的超级计算机运行时间价值40万美元，所以他们决定就此打住。

“这是迄今为止我写过最昂贵的审稿报告！”亚伦森开玩笑说。

博客文章截图

有意思的是，有网友在博文下留言称，更希望团队只验证26-30个光子的结果，这样其他人还能通过模拟30个光子以上的结果来提出质疑。

亚伦森回复并提醒网友，要是真有人想通过这样的方式提出异议，那么论文里还是有很多其他结果可供他方验证。

博客截图

也就是说，潘建伟团队给同行留下了验证“九章”实验结果的余地。即便可能与超级计算机验证“太烧钱”有关，但这也是一种自信。

另据文汇网报道，潘建伟团队通过与国家并行计算机工程技术研究中心合作，在超级计算机上对“九章”所获得的先期结果进行验证，从简单开始，直至复杂到超算难以胜任——如果少光子结果都可得到印证，

那么同一个装置的多光子结果也将是可信的。

陆朝阳说，“10个、20个光子的时候，结果都能对得上，到40个光子的时候超算就比较吃力了，而‘九章’一直算到了76个光子。”另一方面，超算的耗电量太大，计算40个光子时需要电费200万元，

41个光子需要400万元，42个光子需要800万元，推算下去将是天文数字。

这也从侧面反映了“九章”与传统超算之间的巨大差异。

最后，在美国暴发新冠疫情，。。口罩很充足，但在美国几乎买不到的时候，陆朝阳主动给亚伦森寄了200个口罩。

“我不认为这有影响我后来的审稿，但我还是很感激。”亚伦森再次调侃说，并热烈祝贺整个团队所取得的成就。