潘建伟 潘建伟师徒详解：实现“量子霸权”，中国“九章”何以后来居上？
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▲卢朝阳介绍《九章》最新进展
继谷歌去年10月宣布“量子霸权”之后，今天，中国宣布了世界“量子计算优越性”的里程碑，以76光子的更强势姿态登上《科学》杂志，与样本数无关。
76个光子，比谷歌的“悬铃木”快100亿倍，比最强的超级计算机快100万亿倍——“九章”量子计算原型的诞生，是否意味着中国赢得了“量子霸权”？人类会很快进入量子计算时代吗？我们能用它做什么？
在“九章”发源地——中国科学技术大学合肥国家微尺度材料科学研究中心，中国科学院院士潘建伟、陆朝扬教授接受了本刊采访人员的专访，成为本论文的通讯作者。
76光子有多快？我能怎么做呢？
“自主研发”已经成为从后面来的关键
76光子100模式的《九章》到底有多厉害？先看一组数据:室温下运行，计算玻色采样问题，《九章》处理5000万个样本只需要200秒，超级计算机需要6亿年；处理100亿个样本，《九章》只需要10个小时，超级计算机需要1200亿年——而宇宙诞生才137亿年左右。
由于超导系统的存在，谷歌的53位“悬铃木”整个过程必须在-273.12℃的超低温下运行，随机线采样的计算在样本数上存在漏洞:处理100万个样本只需要200秒，真的比超级计算机的2天快多了。但是在处理100亿个样本的时候，“悬铃木”需要20天，但是没有经典电脑那么快。
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“虽然《九章》和《悬铃木》是为了分别处理不同的问题而设计的，但如果与超级计算相比，《九章》相当于比《悬铃木》快100亿倍，克服了样本数依赖的缺陷。”卢朝阳说，由于被操纵的量子位数量大幅度增加，《九章》的输出态空已经达到了10的30次方——如果要把这些态都记录下来，目前世界上所有内存的硬盘都不够用。悬铃木的输出状态空是10的16次方，两者相差十几个数量级，这也是悬铃木未能充分体现量子计算优越性的原因之一。
事实上，在谷歌去年宣布“悬铃木”的同时，潘建伟的团队已经实现了20个光子输入的60模干涉线的玻色采样，输出复杂度相当于48量子比特空的输出状态，接近“量子计算优势”。之后团队与中科院上海微系统与信息技术研究所合作，自主研发高性能光子探测器。
短短一年时间，《九章》中使用的高效100通道超导纳米线单光子探测器的性能从4%提高到98%。同时，卢朝阳也对原有的技术方案进行了重大创新，最终超越了它。
“量子霸权”就是粉碎一切？
实现“量子优势”不是一蹴而就的
“量子优越性实验不是一次性的工作。”在解释《九章》的成就之前，潘建伟想纠正一个误区，那就是“量子霸权”就是粉碎一切，谁先称霸，谁就得到世界。
事实上，在量子计算领域，国际同行已经认识到有三个指数发展阶段，现在正处于“量子计算优越性”的第一阶段。现阶段，科学家们仍在努力尝试各种方法，试图更精确地操纵更多的量子比特，从而获得更强大的计算能力。
"这是一个动态的过程，所有的领导都只是暂时的."潘建伟说，一方面经典计算机还在发展，另一方面量子计算也在飞速前进。但在经典计算机中，电子只有两种状态，即0和1，而量子可以处于叠加态，其计算能力会随着每增加一个量子比特而呈指数增长。所以“量子霸权”其实是更快的经典算法和不断增加的量子计算硬件之间的竞争，但最终量子并行会产生超越经典计算机的计算能力，取得压倒性的胜利。
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