比超算快亿亿亿倍，量子计算机能干啥？为何以“祖冲之”命名？

近期，我国在超导量子和光量子两种系统的量子计算机方面取得了重要的进展，成功构建113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，和66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”。 在光量子和超导量子两种系统的量子计算方面取得的重要进展，使我国成为目前世界上唯一在两种物理体系达到“量子计算优越性”里程碑的国家。

量子就是质量、能量等各种物理量的最小单元，而且它也要以某种粒子状态存在。如果说到能量，比如光，一个光子就是一个量子。

量子计算机它是 利用量子力学的原理 ，量子力学它可以允许一个物体同时处于多种状态，那么比如说0和1同时存在，它可以做一个原理上叫做并行计算，就是很多个任务可以一起完成，因此它就有了这样一种超越经典计算机的计算能力。

正因为量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在一些具有重大 社会 和经济价值的问题方面（如密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等）相比经典计算机实现 指数级别的加速 。

作为最有希望实现可拓展量子计算的候选者之一，其核心目标是如何同步地增加所集成的量子比特数目以及提升超导量子比特性能，从而能够高精度相干操控更多的量子比特，实现对特定问题处理速度上的指数加速，并最终应用于实际问题中。“祖冲之号”和“祖冲之二号”就是可编程超导量子计算原型机。

“祖冲之号”

“祖冲之号”是包含62个比特的可编程超导量子计算原型机，并在该系统上成功进行了二维可编程量子行走的演示。研究团队在二维结构的超导量子比特芯片上，观察了单粒子及双粒子激发情形下的量子行走现象，实验研究了二维平面上量子信息传播速度，同时通过调制量子比特连接的拓扑结构的方式构建马赫-曾德尔干涉仪，实现了可编程的双粒子量子行走。该成果为在超导量子系统上实现量子优越性展示及可解决具有重大实用价值问题的量子计算研究奠定了技术基础。

“祖冲之二号”

“祖冲之二号”是66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，求解“量子随机线路取样”任务的速度比目前全球最快的超级计算机快1000万倍以上，这使得中国成为目前唯一在两条技术路线上达到“量子优越性”里程碑的国家。

研究人员介绍，“祖冲之二号”的并行高保真度量子门操控能力和完全可编程能力，有望找到有实用价值的应用，预期包括量子机器学习、量子化学等。

很多时候，说到量子，并且跟能量绑在一起说的时候，大家就喜欢用“光”来举例。一个光量子，就是指的一个量子。这个概念是在1905年被爱因斯坦引入到光学里的，后来大家熟知的以及如今的“九章”所使用的“光子”，实质上就是这个“光量子”。

“九章号”

“九章号”是76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机。“九章”处理特定问题的速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快一百万亿倍，同时也等效地比谷歌发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍，成功实现了量子计算领域的第一个里程碑——量子计算优越性。“九章号”量子计算原型机确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位，为未来实现规模化量子模拟机奠定了技术基础。

“九章二号”

“九章二号”是113个光子144模式的量子计算原型机。求解高斯玻色取样数学问题比目前全球最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍），在研制量子计算机之路上迈出重要一步。

据悉，未来的通用型量子计算机可望在密码破译、天气预报、材料设计、药物分析等领域发挥作用。目前的“九章二号”还只是“单项冠军”，但其超强算力，在图论、量子化学等领域具有潜在应用价值。

“九章号”和“祖冲之号”分别是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》和我国古代伟大的数学家祖冲之而命名的。

《九章算术》

《九章算术》是中国古代的数学专著，是“算经十书”（汉唐之间出现的十部古算书）中最重要的一种。魏晋时刘徽为《九章算术》作注时说:“周公制礼而有九数，九数之流则《九章》是矣”，又说“汉北平侯张苍、大司农中丞耿寿昌皆以善算命世。苍等因旧文之遗残，各称删补，故校其目则与古或异，而所论多近语也”。根据研究，西汉的张苍、耿寿昌曾经做过增补。最后成书最迟在东汉前期，但是其基本内容在西汉后期已经基本定型。

《九章算术》是几代人共同劳动的结晶，它的出现标志着中国古代数学体系的形成．后世的数学家，大都是从《九章算术》开始学习和研究数学知识的。唐宋两代都由国家明令规定为教科书。1084年由当时的北宋朝廷进行刊刻，这是世界上最早的印刷本数学书。所以，《九章算术》是中国为数学发展做出的杰出贡献。

祖冲之

祖冲之一生钻研自然科学，其主要贡献在数学、天文历法和机械制造三方面。

数学方面，他在刘徽开创的 探索 圆周率的精确方法的基础上，算出圆周率（π）的真值在31415926和31415927之间，相当于精确到小数第7位，简化成31415926，祖冲之因此入选世界纪录协会世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。祖冲之还给出圆周率(π)的两个分数形式：22/7（约率）和355/113（密率），其中密率精确到小数第7位。祖冲之对圆周率数值的精确推算值，对于中国乃至世界是一个重大贡献，后人将“约率”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”，简称“祖率”。

祖冲之写过《缀术》五卷，被收入著名的《算经十书》中。在《缀术》中，祖冲之提出了“开差幂”和“开差立”的问题。“差幂” 一词在刘徽为《九章算术》所作的注中就有了，指的是面积之差。“开差幂” 即是已知长方形的面积和长宽的差，用开平方的方法求它的长和宽，它的具体解法已经是用二次代数方程求解正根的问题。而“开差立”就是已知长方体的体积和长、宽、高的差，用开立方的办法来求它的边长；同时也包括已 知圆柱体、球体的体积来求它们的直径的问题。所用到的计算方法已是用三次方程求解正根的问题了，三次方程的解法以前没有过，祖冲之的解法是一项创举。

我国的科技成就有：

1、嫦娥五号探测器完成我国首次地外天体采样返回之旅，采回的样品移交中国科学院，开启月球样品与科学数据的应用和研究。

2、我国北斗系统第五十五颗导航卫星发射成功，北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。

3、我国“海斗一号”无人潜水器在马里亚纳海沟实现最大下潜深度10907米。“奋斗者”号载人潜水器在同一海沟成功坐底，创造了10909米的中国载人深潜新纪录。

4、我国率先实现水平井钻采深海可燃冰，并创造了“产气总量8614万立方米、日均产气量287万立方米”两项新世界纪录。

5、我国科学家首次克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7，并成功将其转移至小麦品种中。该基因在小麦抗病育种中具有稳定的赤霉病抗性。

6、我国研究人员构建出76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了“高斯玻色取样”任务的快速求解。

7、我国科学家研究获得全球第一条高精度古生代3亿多年的海洋生物多样性变化曲线。

8、我国最高参数“人造太阳”——可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”在成都正式建成放电。

9、我国科学家发表关于高维凯勒里奇流收敛性的论文，率先攻克哈密尔顿-田猜想和偏零阶估计猜想等几何分析领域多年悬而未决的核心猜想。

10、我国研究人员将智能超算与物理模型相结合，通过高性能计算和机器学习，将分子动力学极限提升数个量级，达到上亿原子的体系规模。

2月4日消息，本国科学家宣布构建了76个光子（量子比特）的量子测算原型机九章。礼仪之邦在量子通信园地的世界领先身份已是的，量子精打细算原型机的公布，把神州在量子精打细算圈子又进发有助于了一大步。该成果牢固确立了本国在国际量子汇算研究中的率先方阵地位，为奔头儿落实可釜底抽薪领有重大实用价值问题的规模化量子模拟机奠定了技巧根基。另外，基于九章号量子筹算原型机的高斯玻色取样算法在图论、机器学习、量子化学等领域兼具绝密行使，将是继续上扬的重要方向。

《九章算术》始末够呛丰富，全书下结论了战国、秦、汉时代的数学毕其功于一役。并且，《九章算术》在数学上还有其独到的做到，不惟最早关联分数题材，也先是记录了盈供不应求等题材，《方程》章还在世风数学史上处女论说了负数及其加减演算法则。它是一本综合性的历史命笔，是二话没说世风上最简练有效的用到数学，它的冒出标志中原古时数学变化多端了完整的体系。

此次九章宣布了76个光子的量子筹算原型机九章。以进度走着瞧，求解数学算法高斯玻色取样的速度只需200秒，而目下的超级计算机要用6亿年。一般而言觉着，50个量子比特是验明正身量子计算机以苦为乐超常谣风微机的至关紧要妙方。　

潘建伟团组织透过自主研制再就是赋有跌进、高全同性、极高亮度和宽广扩展力量的量子光源，而且满足相位长治久安、全相联随心所欲矩阵、波包重合度优胜劣败 995%、通过率特惠 98% 的 100 模式干涉路经，相对光程 10-9 之内的锁相精密度，如梭 100 大路别致纳米线单光子探测器，成功构建了 76 个光子 100 个模式的高斯玻色取样量子精打细算原型机九章。

意味着我们的量子计算原型机将会比世界上任何的计算机拥有更快更高更强的计算以及运算能力，在数学建模，计算复杂公式，以及推算试验成功率等方面，我国在科研技术的领域将会有重要的突破，就像是我们小学生做数学题一样，你需要用5分钟，而我连一秒钟都不需要，那么长此以往下去，我一定会在某一个领域超越你，超过你，让你望尘莫及。

我国的量子计算原型机，设计完成并投入到实验当中，预示着在不远的将来，在重要的科学领域以及一些其他领域当中，我们终于实现了弯道超车，终于不用再看别人的脸色，意味着我国的国力会更加强大，意味着我国的科学技术会更加先进，意味着我们将会迎接更美好的幸福生活，这一切的一切都是由科学界的这些专家们来实现完成的。

最近我国的科协技术在天上的在地上的，都有了突破，天上的是咱们的嫦娥5号，地上的就是咱们的量子 科技 。这两项 科技 几乎都是每一个发达国家梦寐以求梦寐以求的制高点。

前两天，我国又有了重大的 科技 突破，这个重大的突破，是在最前沿的技术量子技术上，我国科学家宣布构建了76个光子（量子比特）的计算机原型机“九章”。这意味着中国在量子通信领域领先的地位已经毋庸置疑。咋又领先了呢？怎么回事？到底牛在哪里？

本次我国发布76个光子的量子计算机原型机“九章”，在求解数学算法高斯波色取样的速度，是目前最快的超级计算机100万亿倍 ，在此次运算中 “九章” 仅用了200秒就完成了，而如果传统的超级计算机所需要的时间是6亿年，跟传统计算机比，没什么好比的。 “九章” 的速度是去年谷歌发布的 53 个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。你没听错是比谷歌最牛的量子霸权要快100亿倍，这些数字已经超过我的理解范围，反正就是你有1块钱，我有100亿，你明白了这个差距了吧？

量子是构成物质的最基本单元，它是能量的最基本携带者，也就是他已经不可以分割出更小的单位了。

科学家是如何利用量子的呢？要利用量子就必须了解量子的特性。量只有两个特性，

传统的计算机，一切都是逻辑电路，也就是由N个开关组成的集成电路体，任何一个开关都可以实现开和关（通电与不通电）的其中一种状态，我们在计算机里面的称之0和1，这就是二进制。 而量子这家伙不但有拥有0和1这两状态，它还存在一个种是0也是1的两种状态的结合，也就是存在第三种可能，不确定状态，称为量子的叠加态。

啥意思，玩人是吧！

当然不是，量子本身是自转的，没有去观察的时候，它是按是45旋转的，当去观察时，你只能看到两种可能中的一种，上旋或者是下旋。也就是去观察时，只能看到两种状态，看不到第三种状态。就比如，有人问你，你爸爸在家吗？如果你回家看过了，你会给出两种可能的答案，在或不在，但是你没有回去看过，你只能回答不确定，也是就一种未知的状态，有可能在，也有可能不在，这就第三种状态，未知的！

当有三种可以利用的状态时，这就变成了三进制，一生二，二生三，三生万物，三进制对二进制来讲是一种降维打击，同一时间二进制只可以做两种逻辑运算，但三进制可以做三种逻辑运算。二进制64位运算是2的64次方，结果是18446744073709551616，总共20位数，而量子的三进制是3的64次方，结果是 343368382 10^30，总共是31位数，约是二进制的200亿倍。而这一次，“九章”的计算能力是3的76次方，算不出来。

在上面我们知道，量子是组成物质最小的单位，也是能量的最基本携带者，说明了光子是由多个量子组成的，而这些量子是形成一个量子系统的，相互响影的。其中一个量子改变成了自己的特性，也响应其它量子的特性，这就是量子纠缠。但这个量子纠缠有一个很重的特性，它不受空间的限制，其中一个量子发生改变，与其发量子纠缠的量子离多远，都会第一时间发生变改。科学家将一粒粒子一分为二，将它们分离 1200公里之外，其中一部分改变了量子属性，在1200公里外的量子属性也跟着改变。到目前为止，科学家都不知道是什么原因导致量就会有这种特性，有人认为可能就是暗物质的存在，也许有某一种的吸引力来吸引着量子，就像地球引力或者或者像地球的南极北极的引力一样，但这都只是一种猜测。

科学家们是如何利用量子的特性的呢？

从上面我们知道量子有叠加态，正因为量子有叠加态，所以没有一个准确的答案，也就是说，如果单一用叠加态的话，无法做出计算机出来的，因为它最终没有得到一个确定的结果，它就像另一个宇宙一样，什么可能都有。科学家们如果想要自己得到的结果，就利用了量子的纠缠态，改变某一个量子的特性，就等于输入自己的条件，而量子计算机也就是按这些条件继续产生未来的可能。所以说量子计算机最重要的一点就是干涉，只有通过干涉才能得到自己想要的结果。是不是有点改变命运的感觉？

因为量子计算机强大的计算能力，它可以把整个宇宙所容纳的可能性，在短时间内计算出来。只要我们能够有能力控制300个量子，它所容纳的可能性就是宇宙诞生以来的所有可能性。

量子计算机对我们有什么好处呢？

第一，我们可以利用计算机建构许多的模型，我们可以找出 历史 的真相，我们可以知道未来的发展，密码这些东西对于量子系统计来讲，简直就是小菜一碟。

第二、我们可以通过建构模型，预测未来的发展，这样的话我们就可以提前对一些事情做一些改变我们叫做改变命运。比如有一个台风的出现，只要有足够计算的能力，我们就有可能知道整个台风发展的趋势和走向，可以通过干涉来改变台风的走向，甚至将台风化解。

第三、国家对金融、经济、股市的走势有了更好地把握，可以更精准的出招，困扰人类 社会 多年的经济危机，将不会再有。

第四、算命、改变命运这些东西，也就太简单了，因为人生真的很短暂，数据量真的很少，加入适当的变量，就会有适当的人生。控制和改变一个人的人生是非常容易的。

其实太多可能性了，它可以计算出一个宇宙， 、我们就在宇宙之内，变成一切都是可控的，也许最后就是一个有秩序的世界。

外部知识：

什么是“九章”呢？

“九章”得名于我国古代一部知名的数学专著，是中国古代张苍、耿寿昌所撰写。最后成书最迟在东汉前期。《九章算术》内容十分丰富，全书总结了战国、秦、汉时期的数学成就。同时，《九章算术》在数学上还有其独到的成就，不仅最早提到分数问题，也首先记录了盈不足等问题，《方程》章还在世界数学史上首次阐述了负数及其加减运算法则。它是一本综合性的 历史 著作，是当时世界上最简练有效的应用数学，它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系。

光量子计算机。

也就是对光分子的一个控制，利用量子的叠加态和纠缠态，加以干涉的一系列过程的装置。在光量子计算机领域，中国科学技术大学潘建伟院士、陆朝阳教授领导的团队，研制出一种操控5个粒子（即5个光量子比特）的光量子计算原型机，在完成“玻色取样”任务时，它的速度不仅比国际同行之前所有类似实验的最高纪录加快至少24000倍，同时，通过和经典算法比较，也比人类 历史 上第一台电子管计算机ENIAC和第一台晶体管计算机TRADIC的运行速度快10倍—100倍。