中国量子计算机“九章”

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1.引言

12月4号，中国科学技术大学宣布，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队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合作，构建了 76 个光子 100 个模式的量子计算原型机 “九章”，实现了具有实用前景的 “高斯玻取样”任务的快速求解。

据悉，根据现有理论，该量子计算系统处理高斯玻取样的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍（“九章”一分钟完成的任务，超级计算机需要一亿年）。等效地，其速度比去年谷歌发布的 53 个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。

IT之家了解到，中国科学技术大学表示，这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑：量子计算优越性（国外也称之为 “量子霸权”）。

2.量子计算机的发展历程

国外量子计算机发展历程

阶段	时间	事件
理论和实验室探究阶段	1920年	爱因斯坦等人创立量子力学
	1981年	费曼提出量子计算机的技术概念
	2007年	贝尔实验室的专家彼得·秀尔证明量子计算机能完成对数运算，而且速度远胜于传统计算机
	2009年	MIT、IBM和stanford武汉物理教学所、清华大学等研究组实现了7个量子比特的量子算法演示
商业投入和工程应用阶段	2012年	加拿大D-wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机。
		世界首台可编程的通用量子计算机正式在美国诞生
	理论月刊2013年	微软研究院成立量子体系结构与计算机研究组
	2015年	2011高中数学联赛谷歌与NASA联合成立量子人工智能实验室，加拿大D-wave系统公司宣称NASA和Google 共同预定了一台采用512位量子为的D-WaveTwo量子计算机
	2016年	英特尔与代尔夫特理工大学研发基于硅量子点的量子计算机
	2017年	D-wave为谷歌提供了一台9量子比特的量子计算机，售价为1500万美元
	2018年	IBM宣布，今年将推出全球第一个商业化量子计算云服务——IBMQ。这是全球第一个收费的量子计算云服务系统
	2019年	谷歌公布72比特的量子芯片Bristlecone，并表示已经开始了72位量子计算机的测试
	2019年	IBM发布全球首台专为科学和商业用途设计的独立量子计算机QSystemOne，该计算机的计算能力20量子比特（即一步可运算2的20次方）
	2019年黄山学院学报	D-WAVE公司推出其5000量子比特计算机的发展蓝图，预计2020年进入市场

我国量子计算领域的发展历程

时间	事件
2013年	中国科学技术大学潘建伟院士领衔的量子光学和量子信息团队首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验
2015年	由中科院牵头，联合中科大、科大国盾、中国铁路网络有限公司、中兴通讯等，成立了“中国量子通信产业联盟”
2017年	霍夫曼中科大、中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中科院物理所等协同完成参与研发世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机寒暄语
2017年4月	中国科学院院长白春礼院士透露，中科院正在研制中国首台量子计算机，预计在最近几年内有望研制成功
2018年3月	百度宣布成立量子计算研究所，计划在五年内组建世界一流的量子计算研究所，逐步将量子计算融入到业务中
2018年10月	阿里巴巴达摩院在云栖大会宣布着手超导量子芯片和量子计算系统的研发。华为在全联接大会期间正式发布量子计算模拟器HiQ云服务平台
2018年12月	中国科学技术大学郭光灿院士团队宣布，成功研制出一套精简、高效的量子计算机控制系统

3.量子计算机及组成

量子计算机，简单地说，它是一种可以实现量子计算的机器，是一种通过量子力学规律以实现数学和逻辑运算，处理和储存信息能力的系统。它以量子态为记忆单元和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，在量子计算机中其硬件的各种元件的尺寸达到原子或分子的量级。量子计算机是一个物理系统，它能存储和处理关于量子力学变量的信息。如同传统计算机是通过集成电路中电路的通断来实现0、1之间的区分，其基本单元为硅晶片一样，量子计算机也有着自己的基本单位——昆比特（qubit）。昆比特又称量子比特，它通过量子的两态的量子力学体系来表示0或1。比如光子的两个正交的偏振方向，磁场中电子的自旋方向，或核自旋的两个方向，原子中量子处在的两个不同能级，或任何量子系统的空间模式等。量子计算的原理就是将量子力学系统中量子态进行演化结果。

量子计算机和许多计算机一样都是由许多硬件和软件组成的，软件方面包括量子算法、量子编码等，在硬件方面包括量子晶体管、量子储存器、量子效应器等。

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