比超级计算机快亿亿倍！九章与祖冲之二号：已

10月26日，澎湃网以及多个国内新闻平台放出了一个大新闻：

超导量子计算研究团队构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，对“量子随机线路取样”任务的快速求解，比目前最快的超级计算机快一千万倍，计算复杂度比谷歌的超导量子计算原型机“悬铃木”高一百万倍，这是我国首次在超导体系达到“量子计算优越性”里程碑。

同时光量子计算研究团队构建了113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，处理特定问题的速度比超级计算机快亿亿亿倍，并增强了光量子计算原型机的编程计算能力。

同时在超导与光量子的量子计算机方面取得重要进展，我国是唯一在两种物理体系达到“量子计算优越性”的国家！10月25日，国际权威学术期刊《物理评论快报》发表了该研究成果。量子物理学家、加拿大卡尔加里大学教授巴里·桑德斯认为，这是“令人激动的实验杰作”。估计大家都看不太明白，下文就试图梳理下，这些文字究竟意味着什么？

什么是量子计算机，和传统计算机到底有什么区别？

无论是台式机还是笔记本，又或者是平板或者手机与穿戴式电子设备，其核心就是一台计算机，只是它的应用领域不一样，手机或者电脑上我们能图片电影，处理日常文字工作，而穿戴式能监测你的呼吸心跳，走过的步数以及里程等等，但在这些设备的核心CPU处理的却是0和1两个数字，因为这些数据都可以通过算法最终分解成0和1。

所以计算机的核心部件CPU就是处理0和1的与或非电路构成的，一级一级串接起来，最终输出一个结果，但你会发现，每运算一步就会丢掉一半信号，到最后输出结果时，不知道掉了多少个信号。

这会造成两个结果，一个是必须排队计算，要么就多组展开，区分任务“并行”计算，理论上一条线路同时只能执行一个计算。另一个结果则是丢掉的这个电平是具有能量的，并不会凭空消失，它会产生热量，所以无论你CPU设计得如何优秀，发热问题不可避免，这不是技术决定的，这是计算方式所决定。

量子计算机什么原理？

量子计算机使用的是量子比特，和传统的只能表示0或者1的比特相比，量子比特可以一个比特表示0或者1，也可以同时表示0和1的叠加态，如果只有2个比特，传统计算机只能处理00/01/10/11四个二进制数中的一个，但量子比特可以并行处理全部四个数，得到四倍于传功计算机的计算速度。

所以传统计算机的速度增加与传统比特呈比例增长，但量子计算机是随着量子比特的增加呈指数级增长，因此从理论上看，只有几十个量子比特，就能达到传统计算机都望尘莫及的速度，所以很多科幻小说中都是量子计算机作为突破人类算力天花板的突破方向，把曲率发动机，时空弯曲等都寄希望于量子计算机。

量子计算机那么优秀，为什么还不推广？

量子计算机实在太优秀，所以科学家都挖空心思要将其研制出来，但有一个现实是非常无奈的，就是量子计算机的计算结果是叠加态的，它到底是0还是1，这就成了一个超级难题，并且这还困扰了科学家很久。

量子计算机的算法

不过这问题在1994年获得了突破，数学家Peter Shor设计出了基于量子比特的质因数分解算法，啥意思？就是用量子比特的计算特性，可以用来解决质因数分解，这是将一个正整数写成几个约数的乘积，比如两个整数的乘积很容易算，但给出一个大整数，然后算它们的约数就很难。

科学家找了很多算法来试图解决这个问题，因为它和代数学、密码学领域有着相当大的关系，比如现代有多密码算法都基于质因数分解，比如用超级计算机来分解一个400位的大数大约需要60万年。

而用量子计算机来计算只可能需要几个小时甚至几十分钟就能完成计算，假如时间过长，那么再增加一个比特即可。所以量子计算机对质因数分解有着相当的优势。

文章来源：《数值计算与计算机应用》 网址: http://www.szjsyjsjyy.cn/zonghexinwen/2021/1114/1026.html