量子和算力

Ⅰ 比超算快億億億倍，量子計算機能幹啥為何以「祖沖之」命名

近期，我國在超導量子和光量子兩種系統的量子計算機方面取得了重要的進展，成功構建113個光子144模式的量子計算原型機「九章二號」，和66比特可編程超導量子計算原型機「祖沖之二號」。 在光量子和超導量子兩種系統的量子計算方面取得的重要進展，使我國成為目前世界上唯一在兩種物理體系達到「量子計算優越性」里程碑的國家。

量子就是質量、能量等各種物理量的最小單元，而且它也要以某種粒子狀態存在。如果說到能量，比如光，一個光子就是一個量子。

量子計算機它是 利用量子力學的原理 ，量子力學它可以允許一個物體同時處於多種狀態，那麼比如說0和1同時存在，它可以做一個原理上叫做並行計算，就是很多個任務可以一起完成，因此它就有了這樣一種超越經典計算機的計算能力。

正因為量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定演算法在一些具有重大 社會 和經濟價值的問題方面（如密碼破譯、大數據優化、材料設計、葯物分析等）相比經典計算機實現 指數級別的加速 。

作為最有希望實現可拓展量子計算的候選者之一，其核心目標是如何同步地增加所集成的量子比特數目以及提升超導量子比特性能，從而能夠高精度相干操控更多的量子比特，實現對特定問題處理速度上的指數加速，並最終應用於實際問題中。「祖沖之號」和「祖沖之二號」就是可編程超導量子計算原型機。

「祖沖之號」

「祖沖之號」是包含62個比特的可編程超導量子計算原型機，並在該系統上成功進行了二維可編程量子行走的演示。研究團隊在二維結構的超導量子比特晶元上，觀察了單粒子及雙粒子激發情形下的量子行走現象，實驗研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時通過調制量子比特連接的拓撲結構的方式構建馬赫-曾德爾干涉儀，實現了可編程的雙粒子量子行走。該成果為在超導量子系統上實現量子優越性展示及可解決具有重大實用價值問題的量子計算研究奠定了技術基礎。

「祖沖之二號」

「祖沖之二號」是66比特可編程超導量子計算原型機「祖沖之二號」，求解「量子隨機線路取樣」任務的速度比目前全球最快的超級計算機快1000萬倍以上，這使得中國成為目前唯一在兩條技術路線上達到「量子優越性」里程碑的國家。

研究人員介紹，「祖沖之二號」的並行高保真度量子門操控能力和完全可編程能力，有望找到有實用價值的應用，預期包括量子機器學習、量子化學等。

很多時候，說到量子，並且跟能量綁在一起說的時候，大家就喜歡用「光」來舉例。一個光量子，就是指的一個量子。這個概念是在1905年被愛因斯坦引入到光學里的，後來大家熟知的以及如今的「九章」所使用的「光子」，實質上就是這個「光量子」。

「九章號」

「九章號」是76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機。「九章」處理特定問題的速度比目前世界排名第一的超級計算機「富岳」快一百萬億倍，同時也等效地比谷歌發布的53比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍，成功實現了量子計算領域的第一個里程碑——量子計算優越性。「九章號」量子計算原型機確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現規模化量子模擬機奠定了技術基礎。

「九章二號」

「九章二號」是113個光子144模式的量子計算原型機。求解高斯玻色取樣數學問題比目前全球最快的超級計算機快10的24次方倍（億億億倍），在研製量子計算機之路上邁出重要一步。

據悉，未來的通用型量子計算機可望在密碼破譯、天氣預報、材料設計、葯物分析等領域發揮作用。目前的「九章二號」還只是「單項冠軍」，但其超強算力，在圖論、量子化學等領域具有潛在應用價值。

「九章號」和「祖沖之號」分別是為了紀念中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》是中國古代的數學專著，是「算經十書」（漢唐之間出現的十部古算書）中最重要的一種。魏晉時劉徽為《九章算術》作注時說:「周公制禮而有九數，九數之流則《九章》是矣」，又說「漢北平侯張蒼、大司農中丞耿壽昌皆以善算命世。蒼等因舊文之遺殘，各稱刪補，故校其目則與古或異，而所論多近語也」。根據研究，西漢的張蒼、耿壽昌曾經做過增補。最後成書最遲在東漢前期，但是其基本內容在西漢後期已經基本定型。

《九章算術》是幾代人共同勞動的結晶，它的出現標志著中國古代數學體系的形成．後世的數學家，大都是從《九章算術》開始學習和研究數學知識的。唐宋兩代都由國家明令規定為教科書。1084年由當時的北宋朝廷進行刊刻，這是世界上最早的印刷本數學書。所以，《九章算術》是中國為數學發展做出的傑出貢獻。

祖沖之

祖沖之一生鑽研自然科學，其主要貢獻在數學、天文歷法和機械製造三方面。

數學方面，他在劉徽開創的 探索 圓周率的精確方法的基礎上，算出圓周率（π）的真值在3.1415926和3.1415927之間，相當於精確到小數第7位，簡化成3.1415926，祖沖之因此入選世界紀錄協會世界第一位將圓周率值計算到小數第7位的科學家。祖沖之還給出圓周率(π)的兩個分數形式：22/7（約率）和355/113（密率），其中密率精確到小數第7位。祖沖之對圓周率數值的精確推算值，對於中國乃至世界是一個重大貢獻，後人將「約率」用他的名字命名為「祖沖之圓周率」，簡稱「祖率」。

祖沖之寫過《綴術》五卷，被收入著名的《算經十書》中。在《綴術》中，祖沖之提出了「開差冪」和「開差立」的問題。「差冪」 一詞在劉徽為《九章算術》所作的注中就有了，指的是面積之差。「開差冪」 即是已知長方形的面積和長寬的差，用開平方的方法求它的長和寬，它的具體解法已經是用二次代數方程求解正根的問題。而「開差立」就是已知長方體的體積和長、寬、高的差，用開立方的辦法來求它的邊長；同時也包括已 知圓柱體、球體的體積來求它們的直徑的問題。所用到的計算方法已是用三次方程求解正根的問題了，三次方程的解法以前沒有過，祖沖之的解法是一項創舉。

Ⅱ 量子計算機的算力到底有多恐怖

有關專家表示量子計算機的計算速度是天河二號計算機(中國最快的計算機之一)的十億億倍。
如果把電子計算機的速度比作自行車，那量子計算機就是飛機了。

Ⅲ 在量子技術商業化應用這個賽道，我們或許還能贏

新春之際，互聯網行業還真是熱鬧事不少。先是快手作為國內「短視頻第一股」上市，據說造就了很多千萬富翁、億萬豪財，然後是浪潮聯合IDC發布全球計算力指數報告，該報告指出，中國算力全球第二，且各項指標增速均高於排在第一的美國，尤其在AI算力方面，支出佔比超過所有樣本國家，堪稱領跑全球。

這些消息確實振奮人心，但細看之下，又有些不踏實。且不說股市如潮水，有漲必有落，歡喜上市的快手時刻面臨著抖音、微信視頻號對其用戶基本盤帶來的巨大沖擊與挑戰，未來下場如何尚不確定。

那麼，單說浪潮聯合IDC發布全球計算力指數報告，就需要我們去辨別和分析這些排名背後的形成因素，以便學習別人的先進之道，改進自身不足，創造更大優勢。

總的來看，在伺服器產業鏈上游的英特爾、英偉達等公司，擁有核心技術，負責CPU、GPU等核心硬體的研發製造。在伺服器產業鏈中游的是負責生產伺服器的浪潮、戴爾等公司，也有所創新，但本質上還是屬於組裝。在伺服器下游的是開展雲計算、網路 游戲 、短視頻直播等業務的互聯網公司，如阿里巴巴、騰訊、快手等，體量巨大，在資本市場吸金能力與議價能力也都非常強。

盡管浪潮伺服器在國內市場排在前列，但其供應商如英特爾、英偉達等公司一旦停止向浪潮的供貨，那麼浪潮的主業就會基本停止。光是2020年中美貿易摩擦里的一個英特爾可能斷供浪潮的消息就導致浪潮股價影響明顯，可見其受供貨商的制約之大。

在這種情況下，結合此次聯合IDC發布全球計算力指數報告，浪潮信息副總裁張東指出：「雖然從計算力指數來看，中美在第一陣營，但中國在各個層面，不管是算力能力還是計算效率和應用水平以及基礎設施，跟美國比差距還是很大。需要我們在各個層面進一步加大投入，核心技術要趕上美國。」他還希望，「要像中國去建5G、4G一樣，由政府主導規劃建設智算中心。」

縱觀移動互聯網時代的中國，前有阿里、騰訊、快手等一眾互聯網公司不斷渲染移動互聯網時代的繁華世界，中有浪潮等公司源源不斷提供組裝而來的伺服器，以供各類互聯網公司在這些買來的硬體上不斷演繹新的「劍法」，阿里雲更是進入全球前列，與國際大廠分庭抗禮。

只是，硬體領域劍不如人，光靠劍法，就一定能在武林稱王稱霸嗎？沒有核心硬體基礎上建立的繁榮，是不是海市蜃樓？

所以，不要看歲末年初騰訊等各大互聯網公司發了多少紅包、給了多少股票分紅，也不要羨慕那些大廠上了市、融了資。

從大的方面講，在國內互聯網行業的硬體基礎方面，沒有取得實質上的進步和突破，在核心 科技 上被「掐脖子」的現象仍然存在。

從小的方面說，這些公司能夠上市融資，是廣大員工辛苦加班、努力奮斗的結果，給予一些紅包和股票分紅，也是他們應得的，因為他們中的很多人都為此付出了很多，比如前有拼多多等公司的員工猝死，後有上市前就已推行「大小周」工作制的快手，一些互聯網公司的「996」文化還經常被吐槽。

可以說，最近這三十多年來，在互聯網這個賽道，中國互聯網公司一直處於追趕態勢，因為核心硬體技術不在自己手中。而一旦在技術上造成對別國的威脅，相關制裁打壓就會到來，中興、華為這些公司先後嘗到苦處就是證明。

而華為大力發展的華為雲服務仍然受限於CPU等硬體設施，還是不能從根本上改變受制於人的現狀。

客觀說，在傳統互聯網行業，無論怎樣布局、加速，都無法在短期內超越對手。即便最近華為再次投資EDA軟體公司，但Synopsys、Cadence、Mentor在晶元設計上的長期壟斷未必就能被有效打破。

以為算力已經趕超同行、似乎可以並肩美國的，需要明白：之所以沒受到人家的制裁，是因為在中國這樣巨大的市場下，不僅沒有給上游國際大廠造成威脅，反而給人家帶來了源源不斷的利潤，這樣的「金主」可是它們的重點保護和發展對象。

在這種情況下，國內一些大廠，如BAT、華為、小米等公司，在量子領域也已經開始覺悟，從理論到技術，從演算法到應用，都有很多進展，一些技術還獲取了專利，比如2021年1月，華為就被授權公開「一種量子密鑰分發系統、方法及設備」相關專利。

華為的這一專利授權公告號為CN108737083B

在國家層面，中國多次創造量子比特糾纏數量的世界紀錄；發射世界首顆量子實驗衛星「墨子號」，實現千里糾纏、星地傳密、隱形傳態三大科學目標；開通世界首條量子保密通信干線「京滬干線」，實現世界首次洲際量子保密通信；研製量子計算機「九章」；研製世界首個移動量子鏈路。

在量子技術這個賽道上，中國處於優勢地位，或許不會像互聯網這個賽道，從核心硬體，到系統軟體，幾乎全都需要仰人鼻息。

而量子技術所帶來的演算法、算力和數據，將對互聯網時代進行真正意義上的顛覆。量子計算機的計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長，一台操縱50個粒子的量子計算機，對特定問題的計算能力就可超過目前最快的超級計算機。當前困擾一些企業的海量大數據問題，在量子計算的強大算力面前，基本都會迎刃而解。

雖然，目前還沒有任何人、公司真正在商業上應用量子計算，但不可否認的是，量子 科技 已進入「產業化前夜」，艱難，但是值得期待。

未來，量子通信融合量子計算技術，構成更加高速、更為安全的「量子互聯網」，屆時馬斯克的Starlink（星鏈）也許就是小兒科，一些國家企圖利用Starlink（星鏈）打敗華為5G的野心也許就不會實現。

國外一些大廠對量子技術保持樂觀態度。如IBM認為：通過升級優化量子硬體，提升其功能和可靠性，以實現5年內商業化應用，是可以遵照一個可行的時間表來逐步執行的。

而華為能夠受到國人追捧，不光是其在中美較量中的技術骨氣，還有其先見之明。2006年，iPhone尚未橫空出世，推特才出現不久，華為就已經聯合有關院校展開了「大數據分析手機上網習慣判斷用戶興趣」的科研合作，利用自然語言處理解讀網頁信息並判定用戶興趣。

也許，屢受國外打壓的華為會在量子領域開辟一條新路。盡管這不是一蹴而就的事情，但總要比沉溺在沒有核心硬體基礎的「快手們」所帶來的虛假繁榮要強很多吧！

文：趙長春 / 數據猿

Ⅳ 中國量子計算原型機「九章」的算力究竟有多強

量子計算機是一種全新的基於量子理論的計算機。遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機的概念源於對可逆計算機的研究。量子計算機應用的是量子比特，可以同時處在多個狀態，而不像傳統計算機那樣只能處於二進制狀態。

Ⅳ 九章量子計算機每秒多少次

量子計算機九章：6億年計算，它只需200秒，超谷歌100億倍

「九章」的超高算力主要依靠的是其量子疊加態和量子並行運算。以兩個比特的系統為例，傳統計算機一次只能表示00/01/10/11中的一個，需要四次才可將其全部表示出來；而量子疊加態只需要一次，就可以完成傳統計算機的工作。因此量子計算機的算力得到了巨大的提升。以 「九章」為例，它由七十六個光子控制，其算力在2的76次冪級別，因此其計算能力遙遙領先傳統計算機。

量子並行運算與傳統並行運算不同。以穿越迷宮為例，在上萬條路中只有一條通向出口。傳統計算機像是一隻螞蟻，先選擇一條路一直走到死胡同再換一條，如此往復直至找到出口；而量子計算機像是一群螞蟻，它們分工明確，可以一次性包攬所有的路，從而快速找到出口。

近年來，中國在量子技術領域取得了一系列重大進展。2020年12月4日，《科學》雜志公布的中國「九章」計算機重大突破，讓世界矚目。這台由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等學者研製的76個光子的量子計算原型機「九章」，在谷歌「懸鈴木」計算機之後，再次成功實現了「量子計算優越性」的里程碑式突破。

Ⅵ 量子計算機到底有多牛

一台300量子比特的計算機就可以容納人類有文明以來到現在的所有東西，而且在量子領域有多東目前已經超出了人類的認知范圍，你就說這玩意兒厲不厲害吧？所以愛因斯坦那句話形容的非常貼切，說這玩意老厲害了啊!咱說這個量子計算機為什麼這么牛，正是因為量子的兩個特性：一個是量子的疊加、一個是量子的糾纏態，你咋一聽這兩個字好像挺過癮，但是世界上所有的科學家一提這兩個字沒有腦瓜子不疼的！所以說啊，今天你聽聽我跟你嘮嘮這個事兒啊！

想像一下啊！這個高度有多高，但是不管你說多高，我都說不好意思你想錯了，你可以拿A4紙試一下啊！我折了幾次，我折不動了，如果能繼續折，折滿十次的話基本就是10厘米左右，但是折到24次，多高？105米，三四十層樓，那麼高1但是你折到30次多高呢？7100千米，臭氧層都干破了，如果你折到50次了，1.1億千大連到金興一個來回啊，抱團走不打表。

如果折到90次了，1500萬光年，銀河系直徑的100倍。如果折滿100次激動人心的時候到了兄弟們，137億光年，宇宙大爆炸到現在總共才137億年，就說有宇宙那天，光就開始跑到現在沒跑到頭，宇宙給你幹了個透心涼，但是你別忘了，他前面還乘了個0.1毫米啊，但看，2的100次方比這個數還要大十倍，而且，在這個數字基礎上往後翻一直翻到300次方，你瞅這個數有多大，我都不敢想，我腦瓜疼了，所以我才說，有人類文明以來，所有的可觀測宇宙，這個計算器她都能存得下，因為它足夠大，你看有很多科幻題材電影，像那個《黑客帝國》他就覺得人類很可能就活在一個龐大的計算機程序的啊！

Ⅶ 量子計算機具有什麼計算能力

超快的並行計算。「量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定演算法在密碼破譯、大數據優化、天氣預報、材料設計、葯物分析等領域，提供比傳統計算機更強的算力支持。

量子計算機的特點主要有運行速度較快、處置信息能力較強、應用范圍較廣等。與一般計算機比較起來,信息處理量愈多，對於量子計算機實施運算也就愈加有利,也就更能確保運算具備精準性。

Ⅷ 量子計算機太強大了，可以預測未來

        量子計算機，劃時代的科技產物，現在越來越接近我們的生活，它的算力超級強大，遠遠不是傳統的計算機可能比擬的，甚至可以計算模擬原子級別的粒子行為，那假如我們的模型足夠精細，豈不是可以計算出萬物的演化，這不就能預測未來了么？如果這樣，我們也不用請先生算八字了。

量子計算機現在發展到什麼程度了？

谷歌公司研製出一種量子計算機，它在200秒內完成的計算傳統計算機需要一萬年才能完成，這種翻天覆地的差別，讓我們對新技術充滿敬畏。量子計算機擁有普通計算機無法完成的算力就是所謂的「量子霸權」，已有科學家宣稱發現了對於隨機數因子計算的差異性，來證明量子霸權確實存在。

為什麼量子計算機計算速度這么快？

這要從計算機的原理來看，傳統計算機一個存儲位可以存儲0或者1兩者之一，那麼八個存儲位的每一位都是0或者1，但是存儲的數是確定唯一的，比如說：8位存儲為01101110 代表十進制數字110。而對於量子計算機，每一位存儲的是0和1共存的形態，可以理解為一個位存儲了兩個數，那麼8個存儲位就存儲了2的8次方個數字，這樣的算力比就是2的8次方比1，差距很大，並且隨著比特位的增加，差距成指數級的增長，如果有合適的演算法和硬體結構，那麼造成的就是指數級的算力差別。

一個250個存儲位的量子計算機，可以存儲2的250次方個數據，比宇宙中的現存所有的原子數量還要多。

那麼展開想像，假如我們有這么250位的量子計算機，又有合適的演算法和硬體基礎就可以模擬宇宙從誕生開始的演化過程，宇宙的成長和消亡以及每一個小事件都可以預測，包括每個人的一生。

但是這實現起來並不容易，或者說是幾無可能：

首先，能量不足——因為量子計算機雖然算力強大，耗時很短，但是相應的消耗的能量會比傳統計算機高很多，如果這么高級別的計算，所需要的能量恐怕地球甚至太陽系都提供不了。

第二，模型不精確——宇宙的起始我們只有一些物理學家的推測，但是奇點到底是什麼樣子，到底如何演化還是沒有很清楚，所以計算模型無法精確建立。

第三，不確定性因素很多——即使模型精準，能量足夠，宇宙演化到有意識的生命出現就無法進行模擬，比如我們人類是有思想的，下一秒的行動是無法進行預測的，下一分鍾我要吃一個蘋果還是不吃，都是按照自己臨時的想法決定的，一個決定的不同對整個環境都有強烈的影響，類似於蝴蝶效應。

這么想來，量子計算機再厲害，也算不出我們的人生。

Ⅸ 量子力學的初步理解

這幾天看了中山大學中山大學天文與空間科學研究院院長李淼教授所寫的《給孩子講量子力學》。雖然是給孩子講的，但是作為科普讀物我們其實都該讀一讀。

為什麼要讀量子力學？

量子力學是人類對宇宙、物質、世界認識的最前沿的物理認知，而這一對物質世界的認知正在轉變成影響世界的科技，成為人類最頂尖科技發明的理論依據。從核能、半導體技術、量子計算機到跨越空間的瞬間轉移都是基於量子力學理論的應用。

這本書解決了我的什麼疑惑呢？量子力學不確定性原理。

不確定性原理（Uncertainty principle）是由海森堡於1927年提出，這個理論是說，你不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度

在宏觀物質世界我們都是很「確定」的，比如我們可以計算出月亮繞地球的公轉速度，以及月球的軌道，我們一旦確定這些就可以知道多久之後月球會出現在什麼地方？但是在微觀的量子世界不是這樣，我們根本無法同時測准一個量子的位置和動量。為什麼會這樣呢？我理解的是因為我們的觀測手段引起的，我們觀測量子必須「看」到，我們是如何看到的呢？我們眼睛用反光。光也是有能量的，當我們用光打到量子的時候，等於說也給了量子一個動量，我們看見它了確定了它的位置但是它的動量也就改變了也就測不準了。同時如果我們不用光照它，我門就看不見它，就不能測准它的位置。這樣你就明白了因為我們的觀測手法以及量子本身的特性導致它的測不準，它肯定有同時的位置和動量，只是我們人類測不到，我們無法同時知道。

量子力學還解釋了物質的什麼特性呢？

電子是圍繞原子核旋轉的。

我們初中物理已經講到過原子的構成，就是上圖中的模型。其實電子和原子核都是非常非常小的粒子，中間存在這很大的距離，電子雲就是這個活動半徑。量子力學給出了一個宏觀物質為何不塌縮的解釋，因為電子可以在任意時刻出現在電子雲的任意位置。就是雖然原子核可能只有一個電子繞它轉，但是這個電子有個特意功能就是瞬時出現在他的軌道半徑內的任意位置，像擁有了神奇的分身術一樣。

正因為量子力學能夠解釋我們的微觀世界，進而微觀物質構建宏觀世界，我們才能了解我們世界的本質。而前段時間大熱的量子計算就是量子力學的又一應用。我們現在用的計算機是基於半導體的，每個計算狀態只有0或1的一種，也就是開或關。但是由於量子的特性，量子既可以是關也可以是開，也就是能夠同時表達0和1。所以同樣計算數目單元的計算機，量子計算機是指數型增長的，而我們現有的半導體是線性。當量子計算機的計算單元達到49個後，現有計算機的能力根本無法與之匹敵，就是量子計算機的算力霸權。假如量子計算機真的突破了。現在比特幣的加密演算法就得改，因為量子計算機能夠短時間內暴力破解了你的密鑰。

Ⅹ 量子計算機前景可期，算力翻億倍，量子計算機的工作原理是什麼

量子計算機是以執行集合為基本運算的單元計算方式，普通的計算機是以元素為運算單元的計算。