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比超級計算快十億倍,量子計算機能做什麽?為什麽以“祖沖之”命名?

近期,我國在超導量子和光量子系統量子計算機方面取得重要進展,成功建成113光子量子計算原型“九章二號”和66位可編程超導量子計算原型“祖沖之二號”。光量子和超導量子系統的量子計算取得重要進展,使我國成為世界上唯壹在兩個物理系統上達到“量子計算優越性”裏程碑的國家。

量子是質量、能量等物理量的最小單位,也是以粒子狀態存在。說到能量,比如光,光子就是量子。

量子計算機利用量子力學的原理,允許壹個物體同時處於多個狀態,所以比如0和1同時存在,它原理上可以做壹個並行計算,也就是很多任務可以壹起完成,所以它有這樣壹個超越經典計算機的計算能力。

正是因為量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力,在壹些具有巨大社會和經濟價值的問題上(如密碼解碼、大數據優化、材料設計、藥物分析等)有望實現相對於經典計算機的指數級加速。)通過特定的算法。

作為可擴展量子計算最有前景的候選之壹,其核心目標是如何同步增加集成量子比特的數量和提高超導量子比特的性能,從而高精度地相幹操縱更多的量子比特,實現針對特定問題的處理速度的指數級加速,最終應用於實際問題。“祖沖之”和“祖沖之二”是可編程超導量子計算原型。

“祖沖之”

“祖沖之”是62位可編程超導量子計算原型,在該系統上成功演示了二維可編程量子行走。研究團隊在二維結構的超導量子比特芯片上觀察到了單粒子和兩粒子激發下的量子行走現象,實驗研究了量子信息在二維平面上的傳播速度。同時,通過調制量子比特連接的拓撲結構構建了馬赫-曾德爾幹涉儀,實現了可編程的兩粒子量子行走。這壹成果為論證超導量子系統中的量子優越性,解決具有重大實用價值的量子計算研究奠定了技術基礎。

《祖沖之二》

“祖沖之二”是66位可編程超導量子計算原型“祖沖之二”。“量子隨機線采樣”任務的求解速度比世界上最快的超級計算機快654.38+00萬倍以上,這使中國成為唯壹壹個在兩條技術路線上都達到“量子優勢”裏程碑的國家。

據研究人員介紹,“祖沖之二”憑借其並行高保真測量子門控制能力和完全可編程能力,有望找到實際應用,包括量子機器學習、量子化學等。

很多時候,壹提到量子,和能量綁在壹起,大家都喜歡用“光”來舉例。光量子指的是量子。這個概念是愛因斯坦在1905年引入光學的。後來大家耳熟能詳,在今天的《九章》中使用的“光子”,其實就是這個“光量子”。

“第九章”

“第九章”是76個光子,100個模式的高斯玻色采樣量子計算的原型。“九章”處理具體問題的速度比世界排名第壹的超級計算機“福悅”快100萬億倍,比谷歌發布的53位量子計算原型“懸鈴木”快100億倍。成功實現了量子計算領域的第壹個裏程碑——量子計算的優越性。“九章”量子計算原型奠定了中國在國際量子計算研究第壹方陣的地位,為未來實現大規模量子模擬器奠定了技術基礎。

《第九章第二號》

“第九章二號”是壹個量子計算原型,光子113,模式144。解決高斯玻色采樣的數學問題比目前世界上最快的超級計算機快24倍(1億次),是發展量子計算機道路上的重要壹步。

據悉,未來的通用量子計算機有望在密碼解碼、天氣預報、材料設計、藥物分析等領域發揮作用。目前《九章二號》只是“單項冠軍”,但其超強的計算能力在圖論、量子化學等領域具有潛在的應用價值。

《九章》、《祖沖之》是為了紀念我國古代最早的數學專著《九章算術》和我國古代偉大的數學家祖沖之而命名的。

九章算術

《九章算術》是中國古代的壹部數學專著,是“算術經典十書”(漢唐間出現的十部古代算術書)中最重要的壹部。魏晉劉徽評《九章算術》說:“周公作禮,有九數,而九章為禮。”他還說“張蒼,漢代北平侯,高級農民耿壽昌,都用好算命。因有舊文殘跡,蒼等人各稱刪補,故學派宗旨或異於古或異於今,論更近。”據考證,西漢的張蒼、耿壽昌等都做過補充。終本最遲寫於東漢初年,但其基本內容基本定型於西漢末年。

九章算術是幾代人共同努力的結晶,它的出現標誌著中國古代數學體系的形成。後世大多數數學家都是從《九章算術》開始學習和研究數學知識的。唐宋兩代都被國家明確規定為教科書。1084是當時北宋朝廷出版的,是世界上最早的印刷數學書籍。因此,《九章算術》是中國對數學發展的傑出貢獻。

祖沖之

祖沖之壹生研究自然科學,主要貢獻在數學、天文歷法和機械制造方面。

數學上,他在探索劉徽首創的圓周率精確方法的基礎上,計算出圓周率的真值在3.1415926到3.1415927之間,相當於精確到小數點後第七位,簡化為3.1465438。祖沖之還給出圓周率的兩種分數形式:22/7(近似率)和355/113(密度率),其中密度率精確到小數點後第七位。祖沖之對圓周率數值的精確計算,是對中國乃至世界的壹大貢獻。後人以他的名字命名為“祖沖之皮”。

祖沖之撰寫了五卷作曲,收錄在著名的《計算經典十書》中。在創作中,祖沖之提出了“開差力”和“開差立場”的問題。“差冪”壹詞見於劉徽《九章算術》註,指面積上的差別。“開方差次方”是已知矩形的面積與長寬之差,用開方的方法計算其長寬。它的具體解法是用二次代數方程組求解正根問題。而“開差”就是知道長方體的體積和長、寬、高的差,用畫正方形的方法求它的邊長;同時還包括知道圓柱體和球體的體積求其直徑的問題。采用的計算方法是用三次方程解決正根問題。三次方程的解法以前沒有人做過,祖沖之的解法是壹個創舉。