量子和算力

Ⅰ 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3.1415926和3.1415927之间，相当于精确到小数第7位，简化成3.1415926，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。

Ⅱ 量子计算机的算力到底有多恐怖

有关专家表示量子计算机的计算速度是天河二号计算机(中国最快的计算机之一)的十亿亿倍。
如果把电子计算机的速度比作自行车，那量子计算机就是飞机了。

Ⅲ 在量子技术商业化应用这个赛道，我们或许还能赢

新春之际，互联网行业还真是热闹事不少。先是快手作为国内“短视频第一股”上市，据说造就了很多千万富翁、亿万豪财，然后是浪潮联合IDC发布全球计算力指数报告，该报告指出，中国算力全球第二，且各项指标增速均高于排在第一的美国，尤其在AI算力方面，支出占比超过所有样本国家，堪称领跑全球。

这些消息确实振奋人心，但细看之下，又有些不踏实。且不说股市如潮水，有涨必有落，欢喜上市的快手时刻面临着抖音、微信视频号对其用户基本盘带来的巨大冲击与挑战，未来下场如何尚不确定。

那么，单说浪潮联合IDC发布全球计算力指数报告，就需要我们去辨别和分析这些排名背后的形成因素，以便学习别人的先进之道，改进自身不足，创造更大优势。

总的来看，在服务器产业链上游的英特尔、英伟达等公司，拥有核心技术，负责CPU、GPU等核心硬件的研发制造。在服务器产业链中游的是负责生产服务器的浪潮、戴尔等公司，也有所创新，但本质上还是属于组装。在服务器下游的是开展云计算、网络 游戏 、短视频直播等业务的互联网公司，如阿里巴巴、腾讯、快手等，体量巨大，在资本市场吸金能力与议价能力也都非常强。

尽管浪潮服务器在国内市场排在前列，但其供应商如英特尔、英伟达等公司一旦停止向浪潮的供货，那么浪潮的主业就会基本停止。光是2020年中美贸易摩擦里的一个英特尔可能断供浪潮的消息就导致浪潮股价影响明显，可见其受供货商的制约之大。

在这种情况下，结合此次联合IDC发布全球计算力指数报告，浪潮信息副总裁张东指出：“虽然从计算力指数来看，中美在第一阵营，但中国在各个层面，不管是算力能力还是计算效率和应用水平以及基础设施，跟美国比差距还是很大。需要我们在各个层面进一步加大投入，核心技术要赶上美国。”他还希望，“要像中国去建5G、4G一样，由政府主导规划建设智算中心。”

纵观移动互联网时代的中国，前有阿里、腾讯、快手等一众互联网公司不断渲染移动互联网时代的繁华世界，中有浪潮等公司源源不断提供组装而来的服务器，以供各类互联网公司在这些买来的硬件上不断演绎新的“剑法”，阿里云更是进入全球前列，与国际大厂分庭抗礼。

只是，硬件领域剑不如人，光靠剑法，就一定能在武林称王称霸吗？没有核心硬件基础上建立的繁荣，是不是海市蜃楼？

所以，不要看岁末年初腾讯等各大互联网公司发了多少红包、给了多少股票分红，也不要羡慕那些大厂上了市、融了资。

从大的方面讲，在国内互联网行业的硬件基础方面，没有取得实质上的进步和突破，在核心 科技 上被“掐脖子”的现象仍然存在。

从小的方面说，这些公司能够上市融资，是广大员工辛苦加班、努力奋斗的结果，给予一些红包和股票分红，也是他们应得的，因为他们中的很多人都为此付出了很多，比如前有拼多多等公司的员工猝死，后有上市前就已推行“大小周”工作制的快手，一些互联网公司的“996”文化还经常被吐槽。

可以说，最近这三十多年来，在互联网这个赛道，中国互联网公司一直处于追赶态势，因为核心硬件技术不在自己手中。而一旦在技术上造成对别国的威胁，相关制裁打压就会到来，中兴、华为这些公司先后尝到苦处就是证明。

而华为大力发展的华为云服务仍然受限于CPU等硬件设施，还是不能从根本上改变受制于人的现状。

客观说，在传统互联网行业，无论怎样布局、加速，都无法在短期内超越对手。即便最近华为再次投资EDA软件公司，但Synopsys、Cadence、Mentor在芯片设计上的长期垄断未必就能被有效打破。

以为算力已经赶超同行、似乎可以并肩美国的，需要明白：之所以没受到人家的制裁，是因为在中国这样巨大的市场下，不仅没有给上游国际大厂造成威胁，反而给人家带来了源源不断的利润，这样的“金主”可是它们的重点保护和发展对象。

在这种情况下，国内一些大厂，如BAT、华为、小米等公司，在量子领域也已经开始觉悟，从理论到技术，从算法到应用，都有很多进展，一些技术还获取了专利，比如2021年1月，华为就被授权公开“一种量子密钥分发系统、方法及设备”相关专利。

华为的这一专利授权公告号为CN108737083B

在国家层面，中国多次创造量子比特纠缠数量的世界纪录；发射世界首颗量子实验卫星“墨子号”，实现千里纠缠、星地传密、隐形传态三大科学目标；开通世界首条量子保密通信干线“京沪干线”，实现世界首次洲际量子保密通信；研制量子计算机“九章”；研制世界首个移动量子链路。

在量子技术这个赛道上，中国处于优势地位，或许不会像互联网这个赛道，从核心硬件，到系统软件，几乎全都需要仰人鼻息。

而量子技术所带来的算法、算力和数据，将对互联网时代进行真正意义上的颠覆。量子计算机的计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，一台操纵50个粒子的量子计算机，对特定问题的计算能力就可超过目前最快的超级计算机。当前困扰一些企业的海量大数据问题，在量子计算的强大算力面前，基本都会迎刃而解。

虽然，目前还没有任何人、公司真正在商业上应用量子计算，但不可否认的是，量子 科技 已进入“产业化前夜”，艰难，但是值得期待。

未来，量子通信融合量子计算技术，构成更加高速、更为安全的“量子互联网”，届时马斯克的Starlink（星链）也许就是小儿科，一些国家企图利用Starlink（星链）打败华为5G的野心也许就不会实现。

国外一些大厂对量子技术保持乐观态度。如IBM认为：通过升级优化量子硬件，提升其功能和可靠性，以实现5年内商业化应用，是可以遵照一个可行的时间表来逐步执行的。

而华为能够受到国人追捧，不光是其在中美较量中的技术骨气，还有其先见之明。2006年，iPhone尚未横空出世，推特才出现不久，华为就已经联合有关院校展开了“大数据分析手机上网习惯判断用户兴趣”的科研合作，利用自然语言处理解读网页信息并判定用户兴趣。

也许，屡受国外打压的华为会在量子领域开辟一条新路。尽管这不是一蹴而就的事情，但总要比沉溺在没有核心硬件基础的“快手们”所带来的虚假繁荣要强很多吧！

文：赵长春 / 数据猿

Ⅳ 中国量子计算原型机“九章”的算力究竟有多强

量子计算机是一种全新的基于量子理论的计算机。遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。量子计算机应用的是量子比特，可以同时处在多个状态，而不像传统计算机那样只能处于二进制状态。

Ⅳ 九章量子计算机每秒多少次

量子计算机九章：6亿年计算，它只需200秒，超谷歌100亿倍

“九章”的超高算力主要依靠的是其量子叠加态和量子并行运算。以两个比特的系统为例，传统计算机一次只能表示00/01/10/11中的一个，需要四次才可将其全部表示出来；而量子叠加态只需要一次，就可以完成传统计算机的工作。因此量子计算机的算力得到了巨大的提升。以 “九章”为例，它由七十六个光子控制，其算力在2的76次幂级别，因此其计算能力遥遥领先传统计算机。

量子并行运算与传统并行运算不同。以穿越迷宫为例，在上万条路中只有一条通向出口。传统计算机像是一只蚂蚁，先选择一条路一直走到死胡同再换一条，如此往复直至找到出口；而量子计算机像是一群蚂蚁，它们分工明确，可以一次性包揽所有的路，从而快速找到出口。

近年来，中国在量子技术领域取得了一系列重大进展。2020年12月4日，《科学》杂志公布的中国“九章”计算机重大突破，让世界瞩目。这台由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等学者研制的76个光子的量子计算原型机“九章”，在谷歌“悬铃木”计算机之后，再次成功实现了“量子计算优越性”的里程碑式突破。

Ⅵ 量子计算机到底有多牛

一台300量子比特的计算机就可以容纳人类有文明以来到现在的所有东西，而且在量子领域有多东目前已经超出了人类的认知范围，你就说这玩意儿厉不厉害吧？所以爱因斯坦那句话形容的非常贴切，说这玩意老厉害了啊!咱说这个量子计算机为什么这么牛，正是因为量子的两个特性：一个是量子的叠加、一个是量子的纠缠态，你咋一听这两个字好像挺过瘾，但是世界上所有的科学家一提这两个字没有脑瓜子不疼的！所以说啊，今天你听听我跟你唠唠这个事儿啊！

想象一下啊！这个高度有多高，但是不管你说多高，我都说不好意思你想错了，你可以拿A4纸试一下啊！我折了几次，我折不动了，如果能继续折，折满十次的话基本就是10厘米左右，但是折到24次，多高？105米，三四十层楼，那么高1但是你折到30次多高呢？7100千米，臭氧层都干破了，如果你折到50次了，1.1亿千大连到金兴一个来回啊，抱团走不打表。

如果折到90次了，1500万光年，银河系直径的100倍。如果折满100次激动人心的时候到了兄弟们，137亿光年，宇宙大爆炸到现在总共才137亿年，就说有宇宙那天，光就开始跑到现在没跑到头，宇宙给你干了个透心凉，但是你别忘了，他前面还乘了个0.1毫米啊，但看，2的100次方比这个数还要大十倍，而且，在这个数字基础上往后翻一直翻到300次方，你瞅这个数有多大，我都不敢想，我脑瓜疼了，所以我才说，有人类文明以来，所有的可观测宇宙，这个计算器她都能存得下，因为它足够大，你看有很多科幻题材电影，像那个《黑客帝国》他就觉得人类很可能就活在一个庞大的计算机程序的啊！

Ⅶ 量子计算机具有什么计算能力

超快的并行计算。“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密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域，提供比传统计算机更强的算力支持。

量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来,信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利,也就更能确保运算具备精准性。

Ⅷ 量子计算机太强大了，可以预测未来

        量子计算机，划时代的科技产物，现在越来越接近我们的生活，它的算力超级强大，远远不是传统的计算机可能比拟的，甚至可以计算模拟原子级别的粒子行为，那假如我们的模型足够精细，岂不是可以计算出万物的演化，这不就能预测未来了么？如果这样，我们也不用请先生算八字了。

量子计算机现在发展到什么程度了？

谷歌公司研制出一种量子计算机，它在200秒内完成的计算传统计算机需要一万年才能完成，这种翻天覆地的差别，让我们对新技术充满敬畏。量子计算机拥有普通计算机无法完成的算力就是所谓的“量子霸权”，已有科学家宣称发现了对于随机数因子计算的差异性，来证明量子霸权确实存在。

为什么量子计算机计算速度这么快？

这要从计算机的原理来看，传统计算机一个存储位可以存储0或者1两者之一，那么八个存储位的每一位都是0或者1，但是存储的数是确定唯一的，比如说：8位存储为01101110 代表十进制数字110。而对于量子计算机，每一位存储的是0和1共存的形态，可以理解为一个位存储了两个数，那么8个存储位就存储了2的8次方个数字，这样的算力比就是2的8次方比1，差距很大，并且随着比特位的增加，差距成指数级的增长，如果有合适的算法和硬件结构，那么造成的就是指数级的算力差别。

一个250个存储位的量子计算机，可以存储2的250次方个数据，比宇宙中的现存所有的原子数量还要多。

那么展开想象，假如我们有这么250位的量子计算机，又有合适的算法和硬件基础就可以模拟宇宙从诞生开始的演化过程，宇宙的成长和消亡以及每一个小事件都可以预测，包括每个人的一生。

但是这实现起来并不容易，或者说是几无可能：

首先，能量不足——因为量子计算机虽然算力强大，耗时很短，但是相应的消耗的能量会比传统计算机高很多，如果这么高级别的计算，所需要的能量恐怕地球甚至太阳系都提供不了。

第二，模型不精确——宇宙的起始我们只有一些物理学家的推测，但是奇点到底是什么样子，到底如何演化还是没有很清楚，所以计算模型无法精确建立。

第三，不确定性因素很多——即使模型精准，能量足够，宇宙演化到有意识的生命出现就无法进行模拟，比如我们人类是有思想的，下一秒的行动是无法进行预测的，下一分钟我要吃一个苹果还是不吃，都是按照自己临时的想法决定的，一个决定的不同对整个环境都有强烈的影响，类似于蝴蝶效应。

这么想来，量子计算机再厉害，也算不出我们的人生。

Ⅸ 量子力学的初步理解

这几天看了中山大学中山大学天文与空间科学研究院院长李淼教授所写的《给孩子讲量子力学》。虽然是给孩子讲的，但是作为科普读物我们其实都该读一读。

为什么要读量子力学？

量子力学是人类对宇宙、物质、世界认识的最前沿的物理认知，而这一对物质世界的认知正在转变成影响世界的科技，成为人类最顶尖科技发明的理论依据。从核能、半导体技术、量子计算机到跨越空间的瞬间转移都是基于量子力学理论的应用。

这本书解决了我的什么疑惑呢？量子力学不确定性原理。

不确定性原理（Uncertainty principle）是由海森堡于1927年提出，这个理论是说，你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度

在宏观物质世界我们都是很“确定”的，比如我们可以计算出月亮绕地球的公转速度，以及月球的轨道，我们一旦确定这些就可以知道多久之后月球会出现在什么地方？但是在微观的量子世界不是这样，我们根本无法同时测准一个量子的位置和动量。为什么会这样呢？我理解的是因为我们的观测手段引起的，我们观测量子必须“看”到，我们是如何看到的呢？我们眼睛用反光。光也是有能量的，当我们用光打到量子的时候，等于说也给了量子一个动量，我们看见它了确定了它的位置但是它的动量也就改变了也就测不准了。同时如果我们不用光照它，我门就看不见它，就不能测准它的位置。这样你就明白了因为我们的观测手法以及量子本身的特性导致它的测不准，它肯定有同时的位置和动量，只是我们人类测不到，我们无法同时知道。

量子力学还解释了物质的什么特性呢？

电子是围绕原子核旋转的。

我们初中物理已经讲到过原子的构成，就是上图中的模型。其实电子和原子核都是非常非常小的粒子，中间存在这很大的距离，电子云就是这个活动半径。量子力学给出了一个宏观物质为何不塌缩的解释，因为电子可以在任意时刻出现在电子云的任意位置。就是虽然原子核可能只有一个电子绕它转，但是这个电子有个特意功能就是瞬时出现在他的轨道半径内的任意位置，像拥有了神奇的分身术一样。

正因为量子力学能够解释我们的微观世界，进而微观物质构建宏观世界，我们才能了解我们世界的本质。而前段时间大热的量子计算就是量子力学的又一应用。我们现在用的计算机是基于半导体的，每个计算状态只有0或1的一种，也就是开或关。但是由于量子的特性，量子既可以是关也可以是开，也就是能够同时表达0和1。所以同样计算数目单元的计算机，量子计算机是指数型增长的，而我们现有的半导体是线性。当量子计算机的计算单元达到49个后，现有计算机的能力根本无法与之匹敌，就是量子计算机的算力霸权。假如量子计算机真的突破了。现在比特币的加密算法就得改，因为量子计算机能够短时间内暴力破解了你的密钥。

Ⅹ 量子计算机前景可期，算力翻亿倍，量子计算机的工作原理是什么

量子计算机是以执行集合为基本运算的单元计算方式，普通的计算机是以元素为运算单元的计算。