九章三号重新定义“量子霸权” 领先美国100亿年！|九章三号|光子|光量子|美国|量子计算机|量子霸权|高斯

九章三号量子计算机又获得突破，这可能是人类层级改变的基础科技。全世界仅有我国能够同时在超导量子计算和光量子计算这两个方向上都制造出先进的量子计算机！

目前全球的几台先进的量子计算机来做个比较。

2019年9月，美国谷歌公司推出53个量子比特的量子计算原型机“悬铃木”，2020年，潘建伟团队构建76个光子的量子计算原型机，取名“九章”。量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式“九章”则得名于中国古代数学专著《九章算术》，这部书总结了战国、秦、汉时期的数学成就。

当时的“九章一号“处理高斯玻色取样问题的速度比当时最快的超级计算机快一百万亿倍。

高斯玻色取样是一个计算概率分布的算法，可用于编码和求解多种问题，需要极大的运算量。按照九章开发团队所给出的求解时间，是这样。当求解5000万个样本的高斯玻色取样时“九章一号”需200秒，而截至2020年世界TOP500排名最快的超级计算机“富岳”需6亿年；当求解100亿个样本时，“九章一号”需10小时，而“富岳”需1200亿年。等效来看，“九章”的计算速度比“谷歌的悬铃木”快了100亿倍，并弥补了“悬铃木”依赖样本数量的技术漏洞。

2021年，该团队升级了！研制出了113个光子的“九章二号”和66比特的“祖冲之二号”量子计算原型机，使中国成为全球唯一在光学和超导两条技术路线都实现量子优越性的国家。

这也是目前全球在量子计算机的发展上的两个方向，一个叫超导量子计算，一个叫光量子计算。虽说是全球，但也是只有极少数的国家能研究超导量子计算机，而在光量子计算领域，由于难度大困难多，美国也仅处于摸索状态，别的国家就更别说了。可以说光量子我国是毫无争议的前列！咱谦虚点就不说第一了。

重点的这次的“九章三号”又升级了，将可操控的光子数提升到了255个，输出态空间维度达到了10的43次方，在处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”又提升了一百万倍，“其实从九章二号开始国际上在可操控的量子比特数上，我们可以超越的就只有我们自己了。

这让我想起了世界第一台计算机，用了18000个电子管，占地170平方米，重达30吨，可谓是庞然大物，每秒钟也只有5000次的运算，这在现在看来微不足道，但在当时却是破天荒的。然而当时的人们也绝对想不到今天的我们已经能把计算机装进口袋中，运算速度却是那时候的百万倍。

再看如今的传统超级计算机的算力已经发展到了一个什么程度，位于美国橡树岭国家实验室的超级计算机“前沿”在2022年国际超算Top500榜单中取代了日本的富岳拔得头筹，当然我国在超算领域人所共知，只是早已不参与这个算力例排行了而已，我们就暂且用这部前沿超级计算机作为参考对比，这部前沿超级计算机的算力高达每秒1.1百亿亿次。“前沿”系统位于74个独立机柜中，其中包括超过9400个AMD CPU和超过37000个图形处理器也就是GPU。

而一部普通笔记本电脑每秒可以进行几万亿次运算，这个“前沿”的运算速度则是笔记本电脑的一百多万倍。它靠的是大量使用现在最先进的CPU，GPU来实现超级计算能力，而超级计算机的计算能力其实就代表了现有半导体产业可以实现的巅峰算力。

而我国的“九章二号”量子计算机的算力比目前截至2022年全球的这个最快的超级计算机“前沿”（Frontier）要快一亿亿倍。

先别急着惊讶，我们现在还有“九章三号”，九章三号1微秒可算出的最复杂样本，换这部“前沿”来计算处理则需要约200亿年！这样的算力提升，用突破，用飞跃等等词汇都已经无法形容了！

可以说这是划时代的，是算力层级的跃迁。也正是因为量子计算机所带来的算力跃迁过大，量子计算机在计算速度上对经典计算机实现了碾压式的超越，因此国际上把量子计算机实现的算力超越称做量子霸权。未来谁掌握了量子技术，谁就有操控世界的能力和霸权。但是“霸权”一词是西方国家管用的思维，总是要压倒性的存在。看看这次我们的“一带一路”十周年的高峰论坛，就能知道我们倡导的是全球互联互通和平发展的新思路。这是过去人类历史上从来没有的思路。全球一家亲的共同经济体的格局。所以“量子霸权“对我们不适用。未来的量子科技一定是掌握在文明手中，而不是野蛮手中。

那么人类所能掌握的量子计算机的光学和超导两条主要的技术路线有什么区别呢？

我们的“九章”系列就属于光量子计算机，这是一种基于光的粒子作为载体和操纵对象的量子计算机。光量子计算的优势在于，光子具有很好的相干性和稳定性，不易受外界干扰，可以保持较长时间量子叠加态；光子可以实现高效率和高精度的单光子源、单光子探测器、多光子干涉等关键技术；更主要的是，光子可以方便地与其他物理系统进行耦合和交换信息，实现多平台的量子网络和通信，这很好的解决了通用问题。

超导量子计算机也有其长处，例如量子比特的可控性较强、拓展性良好、可依托现有成熟的集成电路工艺等等。但劣势也显而易见：为保障相干时间，超导量子比特必须在接近绝对零度的真空环境下才能运行，这就必须依赖强大的低温制冷系统。对这里就涉及到了前段时间炒的沸沸扬扬的韩国说实现的室温超导，结果是个笑话。这也是为什么常温超导获得那么多关注的原因。当然如果室温超导技术能获得实质性突破，超导量子计算如果可以摆脱依赖低温制冷的这个困难，也将有望迎来爆发性的大发展。

目前传统经典计算机的发展已接近其物理极限，人类对计算能力的需求却越来越大，经典计算机已经无法满足一些复杂和大型问题的求解。目前最快的超级计算机也无法模拟一个含有几十个电子的分子行为，也无法破解一些强大的密码系统。而量子计算机则可以突破这些限制，实现指数级的加速。这就是所说的量子计算机面前，世界没有秘密。

在科学界算力就是优势，超级算力就是超级优势，量子算力又碾压了经典计算机的超级算力使其发生了质的变化，这就为模拟超级复杂的对象提供了可行性，比如复杂的天气与地质环境变迁都能够精确地模拟和预测。同样的也可以模拟银河系几千亿颗恒星的运动，人类大脑中的860 亿个神经元也可以模拟。这就为人工智能AI等领域的发展提供了无限的想象空间。《流浪地球》的MOSS也是分分钟搞定的事儿。