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量子計算機
來源:互聯(lián)網(wǎng)

量子計算機(英語:Quantum computer)是根據(jù)量子力學的工作原理而設計的計算機,是一種通過量子力學規(guī)律以實現(xiàn)邏輯和數(shù)學運算、處理和儲存信息的復雜系統(tǒng)。量子計算機與傳統(tǒng)計算機不同,用來存儲數(shù)據(jù)的對象是量子比特,用量子算法來操作數(shù)據(jù)。主要具有運行速度較快、處置信息能力較強、應用范圍較廣等特點。

量子計算機的概念由美國的理查德·費曼(Feynman)于1982年首次提出。1985年,英國牛津大學的Deutsch建立了量子圖靈機的模型。1995年.人們發(fā)現(xiàn)采用單量子比特的任意旋轉和雙量子比特的受控非門就可以搭建任意的量子電路,即量子計算機標準模型。之后,科學家們?yōu)榱嗽谡鎸嵉奈锢眢w系中實現(xiàn)量子計算的功能,進而提出了拓撲量子計算、單向量子計算、絕熱量子計算等量子計算方案。

量子計算機在理論上具有超快的并行計算能力,與相比經(jīng)典計算機有望實現(xiàn)指數(shù)級別的加速,在將來也有希望通過特定算法來解決重大社會和經(jīng)濟價值等方面的問題(如密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、材料設計、藥物分析等)。因此,高效的運算能力使得量子計算機具有廣闊的應用前景,各國政府和各大公司紛紛制定了針對量子計算的一系列的研究開發(fā)計劃并推進。如美國的高級研究計劃局先后于2002年和2004年制定的名為“量子信息科學和技術發(fā)展規(guī)劃”的研究計劃。2019年,美國谷歌研制出53個量子比特的計算機“懸鈴木屬”,在全球首次實現(xiàn)量子優(yōu)越性。2020年12月4日,中國科學技術大學宣布潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”,使中國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。2021年又成功研制含113個光子的“九章二號”和66比特的“祖沖之二號”量子計算原型機。2025年3月,潘建偉、朱曉波彭承志等成功構建105比特超導量子計算原型機“祖沖之三號”,處理量子隨機線路采樣問題的速度比目前國際最快的超級計算機快千萬億倍。同月,芬蘭國家技術研究中心推出歐洲首臺50量子比特超導量子計算機。

歷史沿革

自從1946年第一臺電子計算機誕生以來,電子計算機已成為科學技術發(fā)展的強有力工具。但經(jīng)典計算機發(fā)展面對現(xiàn)實需求,受限于諸多因素,比如因運算量要求,芯片集成度布間隔就要達到分子或原子的數(shù)量級,而此時量子效應將會影響,甚至完全破壞芯片的功能。1982年貝里奧夫(Benioff)和費恩曼(Feymman)先后提出利用量子理論的原理構造量子計算機的設想,1985 年丹尼茲(D.德語)給出了量子計算機的理論模型。之后1994年“肖爾量子算法”的提出引起國際的研究熱潮,進入21世紀,各國的量子計算機研究成果頻出。

量子圖靈機模型建立

量子圖靈機概念最早是保羅·貝尼奧夫(Paul Benioff)在1980年提出的。它是在貝內特(Bennett)提出的可逆圖靈機的基礎上發(fā)展而來的。貝尼奧夫意識到任何隔離的量子系統(tǒng)都是可逆的計算系統(tǒng)因此可以根據(jù)經(jīng)典的可逆圖靈機設計出量子圖靈機。但是,他的模型雖然是用量子系統(tǒng)來實現(xiàn)了經(jīng)典可逆圖靈機,但是卻沒有充分利用量子系統(tǒng)的本質特性。1982年,理查德·費曼理查德·費曼)發(fā)展了貝尼奧夫的設想,提出量子計算機可以模擬其他量子系統(tǒng)。為了仿真模擬量子力學系統(tǒng),費曼提出了按照量子力學規(guī)律工作計算機的概念,這被認為是最早量子計算機的思想。

在1985年戴維·多伊奇(David Deutsch)給出了第一個真正的量子圖靈機模型。這臺圖靈機的讀寫和移動操作都是利用了量子操作來完成,而且,它用來保存狀態(tài)的“磁帶”也不再是經(jīng)典的狀態(tài),而是疊加態(tài),實現(xiàn)了量子并行性。

量子算法的提出

20世紀90年代中期,量子計算機史上出現(xiàn)了兩個里程碑性的工作。1994年肖爾(Shor)提出了一個著名的量子算法,用于大數(shù)質因子分解。分解一個N位的大數(shù),傳統(tǒng)的經(jīng)典算法所需要的時間跟位數(shù)N成指數(shù)關系,而肖爾大數(shù)質因子分解算法所需要的時間僅隨其位數(shù)N成多項式增長,這將大大縮短計算所需要的時間。比如分解一個千位的大整數(shù)傳統(tǒng)的經(jīng)典算法需要1025年時間,而肖爾算法僅需要秒量級的時間。1995年,格羅弗(Grover)針對一個包含N個數(shù)據(jù)的無序數(shù)據(jù)庫提出了快速搜索符合特定條件的目標態(tài)的量子搜索算法,并在2005年完善了該算法,避免了傳統(tǒng)Grover搜索算法中,搜索成功概率隨操作次數(shù)而呈周期性變化的問題。從此,隨著計算機科學和物理學間跨學科研究的突飛猛進,使得量子計算的理論和實驗研究蓬勃發(fā)展。使得量子計算機的發(fā)展開始進入新的時代,各國政府和各大公司也紛紛制定了針對量子計算機的一系列研究開發(fā)計劃。

國際研究推進

首先,美國的高級研究計劃局先后于2002年12和2004年4月制定了一個名為“量子信息科學和技術發(fā)展規(guī)劃”的研究計劃的1.0版以及2.0版,該計劃詳細介紹了美國發(fā)展量子計算的主要步驟和時間表,該計劃中美國將爭取在2007年研制成10個物理量子位的計算機,到2012年研制成50個物理量子位的計算機。美國陸軍也計劃到2020年在武器上裝備量子計算機。

歐洲在量子計算及量子加密方面也作了積極的研究開發(fā)。已經(jīng)完成了第五個框架計劃中對不同量子系統(tǒng)(如原子、離子和諧振)的離散和糾纏的研究以及對量子算法及信息處理的研究。同時,在第六個框架計劃中,著重進行研究量子算法和加密技術,并預計到2008年研制成功高可靠、遠距離量子數(shù)據(jù)加密技術。日本于2000年10月開始為期5年的量子計算與信息計劃,重點研究量子計算和量子通訊的復雜性、設計新的量子算法、開發(fā)健壯的量子電路、找出量子自控的有用特性以及開發(fā)量子計算模擬器。

相關成果產出

2007年,加拿大D-Wave 系統(tǒng)公司 Systems 公司宣布研制成功了世界上第一臺16qubits(量子位)的量子計算機樣機。2013 年,D-Wave Svstems 公司又研制出了擁有512ubits的D-Wave2 計算機。

2015年6月22日,全球第一家量子計算公司D-Wave 系統(tǒng)公司于宣布其突破了1000量子位的障礙、開發(fā)出了一種新的處理器,其量子位為上一代D-Wave處理器的兩倍左右,并遠超D-Wave 系統(tǒng)公司或其他任何同行開發(fā)的產品的量子位。同年,谷歌美國航空航天局和UCSB宣布實現(xiàn)了9個超導量子比特的高精度操縱,2017年,該記錄中國科學院潘建偉、朱曉波等團隊打破,該團隊自主研發(fā)了10比特超導量子線路樣品,通過高精度脈沖控制和全局糾纏操作,成功實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導量子比特的多體純糾纏,并通過層析測量方法完整地刻畫了十比特量子態(tài)。同年,IBM宣布將于年內推出全球首個商業(yè)“通用”量子計算服務IBM。2017年5月3日,中國科學院潘建偉團隊構建的光量子計算機實驗樣機計算能力已超越早期計算機。美國當?shù)貢r間2025年10月22日,谷歌量子AI團隊宣布,其量子計算機成功運行了一款新型算法“量子回波”(Quantum Echoes),谷歌量子計算機執(zhí)行該算法的速度,比在經(jīng)典物理范疇內運行的頂級超級計算機快1.3萬倍。

組成

量子計算機和許多計算機一樣都是由許多硬件和軟件組成的,軟件方面包括量子算法、量子編碼等,在硬件方面包括量子晶體管、量子儲存器、量子效應器等。

軟件

量子算法

量子計算能完成經(jīng)典計算無法勝任的工作有影響的是的肖爾(Shor)算法和格羅伐(Grover)算法。其中Shor法的核心是將大數(shù)的因數(shù)分解轉化為求函數(shù)的周期。

其中Shor算法基本思想是:首先利用量子并行性通過一步計算獲得所有的函數(shù)值,并利用測量函數(shù)得到相關聯(lián)的函數(shù)自變量的疊加態(tài),然后對其進行快速傅里葉變換。其實質為:利用數(shù)論相關知識將大數(shù)質因子分解問題轉化為利用量子快速傅里葉變換求函數(shù)的周期問題。

Grover算法適宜于解決在無序數(shù)據(jù)庫中搜索某一個特定數(shù)據(jù)的問題。在經(jīng)典計算中,對待這類問題只能逐個搜索數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),直到找到為止,算法的時間復雜度為。而Grover算法利用量子并行性,每一次查詢可以同時檢查所有的數(shù)據(jù),并使用黑箱技術對目標數(shù)據(jù)進行標識,成功地將時間復雜度降低到。現(xiàn)實中有許多問題,如最短路徑問題、圖的圖著色問題、排序問題、密碼的窮舉攻擊問題及搜索方程的最佳參數(shù)等,可以利用Grover算法進行求解。

硬件

量子晶體管

量子晶體管通過電子高速運動突破物理能量界限,實現(xiàn)晶體管的開關作用。這種晶體管控制開關的速度很快,比普通芯片運算能力更強,適應環(huán)境條件能力更高,是量子計算機不可缺少的組成部分。新型量子晶體管成為量子計算機的主要硬件設備,這將使量子計算機比現(xiàn)行的經(jīng)典計算機運行速度至少提高幾百倍。

量子位與量子儲存器

量子計算機的最小信息單元稱為量子位個量子位就是一個量子雙態(tài)體系,分別以和表示這兩個態(tài)。這樣以,為基便可張起一個二維的希爾伯特空間。量子計算機采用的雙態(tài)體系為光的兩種偏振狀態(tài),原子中電子處于基態(tài)激發(fā)態(tài)原子核中核子的不同自旋態(tài),等等。例如,處于基態(tài)的原子,其狀態(tài)用表示;處于激發(fā)態(tài)的原子,其狀態(tài)用表示分別 1/2 的幾率處于基態(tài)和激發(fā)態(tài)的原子,用疊加態(tài)表示。

量子位的集合稱為量子存儲器對于具有三個子位的存儲器由于個量子位的狀態(tài)有 2個選擇,三個量子位就有 2X2X2=8 個選擇,這樣的存儲器就有8個基矢,便張起一個8維的爾伯特空間。因此,量子儲存器是一種儲存信息效率很高的儲存器,它能夠在非常短時間里對任何計算信息進行賦值。

量子效應器

量子效應器就是一個大型的控制系統(tǒng),能夠控制各部件的運行。這些組成器件在量子計算機的發(fā)展中占主要地位,發(fā)揮著重要的作用。其采用電子擁擠控制技術。量子效應晶體管用一個“島”取代場效應晶體管的溝道,通過一種薄層材料與源極和漏極隔離。場效應晶體管的溝道像源極和漏極之間的一根導管,當晶體管導通時,它讓電子通過。從另外的角度來看,“島”也像2個旋轉柵門之間的縫隙,限制了電子通行的空間。旋轉柵門作為隔離材料層,只允許電子低速通過,在某些情況下1次只讓1個電子通過。

在量子效應器件中,一類是單電子晶體管,其可有1個電子開關,另一類是共振隧道晶體管,其優(yōu)越性是可代替簡單的“開”或“關”,并在其開關之間有很多不同的狀態(tài),可只采用1個共振隧道晶體管代替十幾個常規(guī)晶體管。

原理

量子計算機是一種基于量子理論而工作的計算機。追根溯源,是對可逆機的不斷探索促進了量子計算機的發(fā)展。廣義上,當某個裝置處理和計算的是量子信息,運行的是量子算法時,就可稱之為量子計算機。1981年,美國阿拉貢國家實驗室的Paul Benioff最早提出了量子計算的基本理論。

量子比特

經(jīng)典計算機信息的基本單元是比特,比特是一種有兩個狀態(tài)的物理系統(tǒng),用0與1表示。在量子計算機中,基本信息單位是量子比特(qubit),用兩個量子態(tài)│0>和│1>代替經(jīng)典比特狀態(tài)0和1。量子比特相較于比特來說,有著獨一無二的存在特點,它以兩個邏輯態(tài)的疊加態(tài)的形式存在,這表示的是兩個狀態(tài)是0和1的相應量子態(tài)疊加。

態(tài)疊加原理

現(xiàn)代量子計算機模型的核心技術便是態(tài)疊加原理,屬于量子力學的一個基本原理。一個體系中,每一種可能的運動方式就被稱作態(tài)。在微觀體系中,量子的運動狀態(tài)無法確定,呈現(xiàn)統(tǒng)計性,與宏觀體系確定的運動狀態(tài)相反。量子態(tài)就是微觀體系的態(tài)。量子態(tài)可以疊加,因此量子信息也是可以疊加的。這是量子計算中可以實現(xiàn)并行性的重要基礎,即可以同時輸入和操作N個量子比特的疊加態(tài)。

量子糾纏

兩個及以上的量子在特定的(溫度、磁場)環(huán)境下可以處于較穩(wěn)定的量子糾纏狀態(tài),基于這種糾纏,某個粒子的作用將會瞬時地影響另一個粒子。在量子力學中,體系的狀態(tài)可以用一個函數(shù)來表示,稱為“態(tài)函數(shù)”(既可以把它理解為一個函數(shù),也可以把它理解為一個向量)。單粒子體系的態(tài)函數(shù)是一元函數(shù),多粒子體系的態(tài)函數(shù)是多元函數(shù)。如果這個多元函數(shù)可以分離變量,也就是可以寫成多個一元函數(shù)直接的乘積,就把它稱為“直積態(tài)”;如果它不能分離變量,就把它稱為“糾纏態(tài)”。

量子并行原理

量子并行計算原理由于量子比特可以同時處于兩種狀態(tài)的疊加態(tài),所以量子門操縱它時,實際上同時操縱了兩種狀態(tài)。所以,若一個量子計算機同時操縱N個量子比特,那么它實際上可以同時操縱2N個狀態(tài),其中每個狀態(tài)都是一個N位的經(jīng)典比特,這就是量子計算機的并行計算能力。

難點

量子消相干

量子計算中量子相干性都起著本質性的作用。可以說,量子信息論的所有優(yōu)越性均來自于量子相干性。但不幸的是,因為環(huán)境的影響,量子相干性將不可避免地隨時間指數(shù)衰減,量子位的退極化、量子位的相對位相和量子位的自發(fā)衰變等都將引發(fā)退相干。由于量子信息的存儲和傳輸都是依賴于量子相干性,而退相干的結果會使相干性減弱或消失,這必將影響到量子計算的結果。因此,解決退相干的問題是建造量子計算機的難點之一,它的解決將在一定程度上影響著量子計算機未來的發(fā)展道路。

量子并行計算

量子計算機獨特的并行計算是經(jīng)典計算機無法比擬的重要的一點。同樣是一個n位的存儲器,經(jīng)典計算機存儲的結果只有一個。但是量子計算機存儲的結果可達2n。其并行計算不僅在存儲容量上遠超越了后者,而且讀取速度快,多個讀取和計算可同時進行。正是量子并行計算的重要性,它的有效應用也成為了量子計算機發(fā)展的關鍵之一,實現(xiàn)量子并行計算,也還要面臨很多的理論和技術難題。這包括發(fā)展量子算法、物理模型設計和硬件制備等。

量子不可克隆

量子不可克隆性,是指任何未知的量子態(tài)不存在復制的過程,既然要保持量子態(tài)不變,則不存在量子的測量,也就無法實現(xiàn)復制。對于量子計算機來說,無法實現(xiàn)經(jīng)典計算機的糾錯應用以及復制功能。

優(yōu)勢特點

量子計算機與經(jīng)典計算機相比,具有低能耗、高速并行運算、大容量存儲、破譯密碼、保密傳輸、高速傳輸?shù)葍?yōu)點。

其中在高速并行運算方面,量子計算機運用量子特性,可用于實現(xiàn)高速量子計算機運用量子特性,在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量和提高檢測精度等方面可能突破現(xiàn)有經(jīng)典信息系統(tǒng)的最高極限。例如,現(xiàn)在對一個500位的阿拉伯數(shù)字進行因子分解,目前最快的超級計算機將耗時上百億年,而量子計算機卻只需幾分鐘。又如,用量子搜尋算法攻擊現(xiàn)有密碼體系,經(jīng)典計算機計算需要上千年的運算量,而量子計算機只需小于4min的時間。

其次,量子計算機運用的存儲器等器件容量極高。例如,一個由250個原子構成的250量子比特存儲器,可能存儲的數(shù)達2250,比現(xiàn)有已知的宇宙中全部原子數(shù)目還要多。

而在破譯、保密、通信傳輸方面,量子計算機被科學家判定,其可以攻破所有世界上現(xiàn)存的密碼,對于實用現(xiàn)行密碼技術的一切事物構成極為可怕的威脅。而事實上,現(xiàn)在通用的加密方式并非如想象般安全,它們都有破譯的方法,只不過由于現(xiàn)有計算機運行能力的限制,破譯1個密鑰可能要耗費上萬年,甚至上百萬年。但量子計算機其安全性能極高,比如,量子密鑰體系采用量子態(tài)作為信息載體,其安全性能由量子力學原理給予充分保證。此外,利用量子計算機可構成量子通信網(wǎng)絡。例如,基于量子隱形傳態(tài)過程,可以實現(xiàn)多端分布運算,構成量子因特網(wǎng)等高速通信網(wǎng)絡。

應用前景

量子計算機理論上具有模擬任意自然系統(tǒng)的能力,同時也是發(fā)展人工智能的關鍵。由于量子計算機在并行運算上的強大能力,使它有能力快速完成經(jīng)典計算機無法完成的計算。這種優(yōu)勢在加密和破譯等領域有著巨大的應用。

(1)天氣預報:如果我們使用量子計算機在同一時間對于所有的信息進行分析,并得出結果,那么我們就可以得知天氣變化的精確走向,從而避免大量的經(jīng)濟損失。

(2)藥物研制:量子計算機對于研制新的藥物也有著極大的優(yōu)勢,量子計算機能描繪出萬億計的分子組成,并且選擇出其中最有可能的方法,這將提高人們發(fā)明新型藥物的速度,并且能夠更個性化的對于藥理學進行分析。

(3)交通調度:量子計算機可以根據(jù)現(xiàn)有的交通狀況預測交通狀況,完成深度的分析,進行交通調度和優(yōu)化。

(4)保密通信:不僅僅是對于我們生活相近的方面,量子計算機對于加密通信由于其不可克隆原理,將會使得入侵者不能在不被發(fā)現(xiàn)的情況下進行破譯和竊聽,這是量子計算機本身的性質決定的。

研究進展

2020年12月4日,中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”,處理5000萬個樣本只需200秒,而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使中國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。12月4日,國際學術期刊《科學》發(fā)表了該成果,審稿人評價這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”??。

量子計算機是國際熱點研究領域,目前全球范圍內可供使用的量子計算機僅有約50臺。在量子計算資源稀缺的情況下,如何高效穩(wěn)定的發(fā)揮算力,成為量子計算發(fā)展的新難題。參考經(jīng)典計算機的思路,操作系統(tǒng)成為有效管理、利用量子計算資源的關鍵技術。

2021年2月8日,中科院量子信息重點實驗室的科技成果轉化平臺合肥本源量子科技公司,發(fā)布具有自主知識產權的量子計算機操作系統(tǒng)“本源司南”。2021年3月,霍尼韋爾宣布其量子計算機H1型系統(tǒng)實現(xiàn)了512量子體積,是目前為止量子體積最大的商用量子計算機。這是霍尼韋爾9個月來第3次創(chuàng)造量子體積紀錄。當?shù)貢r間2022年6月9日,英國國防部稱獲得政府首臺量子計算機。2021年6月15日,由IBM公司和德國Fraunhofer-Gesellschaft合作架設的德國境內首臺量子計算機在德國西南部巴符州埃寧根正式投入運行。

2021年7月,哈佛大學麻省理工學院超冷原子中心領導的國際物理學家團隊在最新一期《自然》雜志刊文稱,運行256個量子比特可編程量子模擬器面世。7月27日,日本東京大學與日本IBM宣布,商用量子計算機已開始投入使用,這在日本國內屬于首次。由豐田汽車等12家大型企業(yè)加入的產學協(xié)議會將成為使用主體,將為了用于材料開發(fā)和金融領域而展開研究。作為新一代高速計算機的量子計算機將左右未來的產業(yè)競爭力,日本企業(yè)將共同摸索盡快活用。

2021年11月15日,據(jù)英國新科學人》雜志網(wǎng)站報道,IBM公司稱,其已經(jīng)研制出了一臺能運行127個量子比特的量子計算機“鷹”,這是迄今全球最大的超導量子計算機。12月1日消息,國際著名學術期刊自然》發(fā)表一篇量子物理學論文,首次報道了利用一臺量子處理器對全息蟲洞進行量子“模擬”。這一演示使用的是谷歌(Google)的懸鈴木屬(Sycamore)處理器,標志著距離在實驗室研究量子引力的可能性又進了一步。12月4日消息,中國電子科技集團有限公司成功研發(fā)超導量子計算機系統(tǒng)軟件。

2022年1月,德國于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)啟動了擁有超過5000個量子位元的量子計算機。2022年3月30日(當?shù)貢r間),富士通株式會社宣布已成功開發(fā)出世界上速度最快的模擬量子計算機,包含36個量子位,可以實現(xiàn)相當于其它量子模擬器的兩倍性能。2022年7月29日據(jù)界面新聞消息,日美兩國政府將以量產量子計算機等使用的新一代半導體為目標,開始進行共同研究。2022年10月5日消息,首個歐洲量子計算機網(wǎng)絡將于2023年投入使用。

2023年,清華大學浙江大學等中國7家科研機構的20多名專家,聯(lián)合在預印本平臺arxiv上發(fā)表了一篇學術論文,稱只需要372量子位元(qubits)的量子計算機就能破解2048 位 RSA密鑰谷歌科學家團隊改善了量子計算機的糾錯能力,演示了隨著糾錯規(guī)模增加,錯誤率反而降低的量子計算;中國量子計算超低溫溫度傳感器研制成功,并已投入國產量子計算機中使用。谷歌科學家在ArXiv平臺上發(fā)布預印本論文,表示在量子計算機方面取得重大突破,可以在幾秒內完成了一臺經(jīng)典超級計算機需要47年才能完成的計算任務。2023年5月25日,北京量子信息科學研究院在2023中關村論壇正式發(fā)布Quafu(夸父)量子計算云平臺,現(xiàn)上線了三枚超導量子芯片,分別有136、18和10個量子比特,用戶可以自主選擇合適的芯片運行量子計算任務,其運行穩(wěn)定高效。

2023年10月11日,中國科學家宣布成功構建量子計算原型機“九章三號”,實現(xiàn)了對255個光子的操縱能力,極大提升了計算的復雜度。它1微秒可算出的最復雜樣本,當前全球最快的超級計算機約需200億年才能完成。不過,要研制成功真正的通用量子計算機還有很長的路要走。國際主流觀點認為,這至少還需要5年到10年的時間。

2025年7月,瑞典查爾姆斯理工大學、意大利米蘭大學、西班牙格拉納達大學和日本東京大學的研究團隊首次提出了一種新方法,能夠模擬特定類型的容錯量子計算,攻克了該領域長期存在的一項技術難題。相關論文發(fā)表于《物理評論快報》雜志。美國當?shù)貢r間2025年10月22日,谷歌量子AI團隊宣布,其量子計算機成功運行了一款新型算法“量子回波”(Quantum Echoes),該算法在藥物發(fā)現(xiàn)、新材料設計等領域展現(xiàn)出巨大應用潛力。通過利用量子力學的獨特效應,谷歌量子計算機執(zhí)行該算法的速度,比在經(jīng)典物理范疇內運行的頂級超級計算機快1.3萬倍。“量子回波”的核心思想與鳳蝶總科效應類似,即微小的初始擾動可能在復雜系統(tǒng)中引發(fā)顯著后果,正如蝴蝶扇動翅膀可能最終引發(fā)遠方風暴。研究人員在Willow芯片的103個量子比特系統(tǒng)中,成功實現(xiàn)了這一理念的量子版本。谷歌在量子研究領域與微軟、IBM等科技巨頭、眾多初創(chuàng)公司、高等院校以及中國科研力量展開競爭。截至2025年10月,中國政府已為量子研究領域投入超過152億美元。2025年11月,位于安徽合肥數(shù)據(jù)產業(yè)園的量子計算機,從核心處理器到大型稀釋制冷機以及測控軟硬件系統(tǒng),全部實現(xiàn)了中國國產化,并首次面向全球開放應用服務。12月22日,潘建偉院士團隊在量子糾錯方向上的一項研究成果在國際學術期刊《物理評論快報》發(fā)表。潘建偉院士團隊基于超導量子處理器“祖沖之3.2號”,在量子糾錯方向上實現(xiàn)了“低于閾值,越糾越對”的重大進展,為量子計算機走向實用奠定了重要基礎。實現(xiàn)“低于閾值”的量子糾錯是全球量子計算領域長期追尋的核心目標,也是驗證量子計算系統(tǒng)能否從原型機走向實用化的關鍵里程碑之一。這一新的技術路線,也為未來構建百萬比特級量子計算機提供了一種更具優(yōu)勢的解決方案。

參考資料 >

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實現(xiàn)“量子霸權”!中國量子計算原型機“九章”問世.中國科技網(wǎng).2023-11-24

【新華社】最快!我國量子計算機實現(xiàn)算力全球領先.中國科學技術大學新聞網(wǎng).2025-10-27

最快!我國量子計算機實現(xiàn)算力全球領先.中國科技網(wǎng).2023-11-24

英雄不懼走窄門:為了造出中國人自己的量子計算機.河南網(wǎng)信網(wǎng).2023-12-20

實現(xiàn)“量子霸權”!中國量子計算原型機“九章”問世.中國科技網(wǎng).2023-12-19

觀察 | "九章"問鼎 確立我國在國際量子計算研究第一方陣地位.新華網(wǎng).2023-12-19

量子計算機的研發(fā)進展與未來展望.人民論壇網(wǎng).2023-12-27

世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機在我國誕生.中國科學院.2023-12-19

谷歌量子計算實現(xiàn)重大突破:新型算法較傳統(tǒng)超算快1.3萬倍.騰訊網(wǎng).2025-10-23

每日一詞∣量子計算原型機“九章三號”quantum computer prototype named "Jiuzhang 3.0".今日頭條.2025-07-19

后量子密碼學教授丁津泰:選擇很關鍵.清華大學.2024-01-23

運行效率倍增!我國科研團隊發(fā)布量子計算機操作系統(tǒng).新華網(wǎng).2021-02-08

霍尼韋爾再創(chuàng)紀錄,發(fā)布首臺商用512量子體積量子計算機|界面新聞 · 快訊.界面.2021-03-08

英國國防部宣布其獲得政府首臺量子計算機.今日頭條.2022-06-09

德國首臺量子計算機投入運行.今日頭條.2021-06-16

新型可編程量子模擬器面世.人民網(wǎng).2023-12-19

運行256個量子比特可編程量子模擬器面世.今日頭條.2021-07-10

日本國內首次啟用量子計算機.今日頭條.2021-07-27

最強超導量子計算機“上新”了--經(jīng)濟·科技--人民網(wǎng).人民網(wǎng).2021-12-29

國際最新研究:量子計算機首次模擬全息蟲洞.中新網(wǎng).2022-12-01

中國電科成功研發(fā)超導量子計算機系統(tǒng)軟件.今日頭條-中國電科.2022-12-04

歐洲首臺超5000量子位元的量子計算機在德國啟動.中國新聞網(wǎng).2022-01-28

富士通宣布開發(fā)出世界最快模擬量子計算機,包含36個量子位.今日頭條.2022-04-07

日美將共同研究新一代半導體量產.界面新聞.2022-07-29

首個歐洲量子計算機網(wǎng)絡將于2023年投入使用.今日頭條.2022-10-05

我國專家稱現(xiàn)有量子計算機可破解2048位RSA加密.今日頭條-IT之家.2023-01-08

向可擴展算法更進一步 “量子人工智能”研究獲新進展.中新網(wǎng).2023-02-23

我國科研團隊成功研制出“量子芯片溫度計”.今日頭條-海峽網(wǎng).2023-05-18

谷歌宣布量子計算機新突破:經(jīng)典超算需47年的任務可在幾秒內完成.今日頭條-IT之家.2023-07-05

“九章三號”來了:中國研制量子計算機再進一步.今日頭條.2025-08-02

1.6萬年→10分鐘,我國量子計算機開始全球“接單”.騰訊網(wǎng).2025-11-24

#我國量子糾錯研究取得新進展#.新浪微博.2025-12-23

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