戍天九思：量子计算是信息时代的核武器！“九章”助力中国赢得战略优势！

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　　12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒，而目前世界最快的超级计算机要用6亿年。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

　　笔者认为，这标志着中国取得了量子通信和量子计算两大领域世界领先的重大突破！这是中国在前沿科技、基础研究、新兴战略领域上罕见的世界领先！以中美两国相继实现量子霸权为标志，说明量子计算机正在加速超越并且逐步取代经典计算机，世界正式进入量子称霸新时代，量子算力竞争将成为大国博弈的重中之重！

　　中国算盘是世界上最早的计算机

　　在美国硅谷世界最大的计算机博物馆，一进门最显眼的地方放着一个大展牌，上面写着“计算机2000年的历史”，旁边放着一些中国的算盘。

　　为什么？众所周知，计算的本质就是“输入+运算+输出”，中国的算盘不仅可以输入和输出，而且通过一套珠算口诀（指令）来控制算盘操作进行运算，具备一台计算机的三要素，因此可以算是世界上最早的计算机。

　　实际上，一个会打算盘的人不是靠心算，而是根据背熟了的珠算口诀拨动算盘珠子。而外形与中国算盘相似，比中国算盘早五个世纪的古希腊计算工具，因为没有算法口诀，计算还是靠心算，只能用来辅助计数，因而不是计算机。

　　中国算盘的精妙之处就在算法口诀上，掌握什么样的算法口诀就能进行什么样的计算，既可以做加减，也可以做乘除，改进算法还可以做其它更多的计算。

　　理解了中国算盘就是计算机，有助于我们更好地理解计算的本质和量子计算的原理。

　　量子计算是信息时代的核武器

　　现代社会的信任、秩序和安全都是建立在经典计算机算力保护的基础之上的。算力代表的是计算机解决一个问题的时间长短。加密系统是国家安全、现代经济和社会良好运作的基石，世界上公认的最安全、最可靠的加密方法，不是因为它不可破解，而是因为破解时间太长而让失去意义。这是由经典计算机的算力极限决定的。此外，人工智能也高度依赖算力，如果算力不足，费时太长也就没有意义。

　　但是，量子计算机出现后形势大变。如果说电子计算机的算力是“汽油”级别的，那么量子计算机的算力就是“核能”级别的。这两种算力根本不在一个级别上，而且量子计算机的算力是呈指数增长的，潜力无限。

　　更为重要的是，现在在经典算力基础上搭建起来的世界平衡体系就会立即崩溃，量子计算就会取代经典计算成为这个世界秩序的新基石，世界就会进化到基于量子算力保护的新的时代，就会形成量子算力对经典算力的降维打击，世界力量格局也会随之大变！

　　在数字经济时代，当数据像石油一样成为囯家的战略资源，算力就是国家的战略能力，算力的竞争必定是大国博弈的重中之重！因为谁率先实现算力霸权，谁就拥有制定规则的能力和巨大的战略优势，从而让低算力的竞争者们出局。这就是为什么大家担心互联网巨头拥有“经典算力霸权”而赢者通吃？为什么大家会担心像美国谷歌、IBM、微软这样的超级大公司拥有“量子霸权”？

　　量子争霸将是一场大国博弈的持久战

　　量子计算的发展日新月异，目前已进入大国量子争霸时代。量子称霸像个门槛，是指当新生的量子计算原型机，在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机，就证明其未来有多方超越的可能。

　　从目前中美相继实现量子霸权的情况看，有五个重要时间节点值得关注。

　　▲2015年12月8日，美国航空航天局与谷歌公司宣布，制造出了第一台真正利用量子机制运算的电脑，并称这台代号为D-WAVE 2X的计算机运算速度可达普通电脑的一亿倍。

　　▲2017年5月3日，潘建伟团队构建了世界首台超越早期经典计算机（ENIAC）的光量子计算原型机。

　　▲2019年9月，美国谷歌公司推出53个量子比特的计算机“悬铃木”，对一个数学算法的计算只需200秒，而当时世界最快的超级计算机“顶峰”需2天，实现了“量子霸权”。

　　▲2019年12月，潘建伟团队再研制了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的国际最高性能单光子源，并实现了20光子输入60模式干涉线路的玻色取样，输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间，逼近了“量子霸权”。

　　▲2020年12月4日，潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，让中国成为全球第二个实现“量子霸权”的国家。

　　量子称霸有两大关键指标：一是操纵的量子比特的数量，二是操纵的量子比特的精准度。

　　中国“九章”不仅远超目前世界最强的经典计算机“富岳”，而且远超美国谷歌公司取得“量子霸权”的“悬铃木”， “九章”有76个量子比特，“悬铃木”只有53个量子比特，“九章”的计算速度比“悬铃木”快100亿倍，并且弥补了“悬铃木”依赖样本数量的技术漏洞，而且“九章”超强的算力在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。

　　说明中美这场量子争霸的持久战，不仅才刚刚开始，而且呈现你追我赶、不进则退的激烈竞争态势。

　　量子科技必将颠覆世界

　　今年10月17日，国家领导人在中央政治局集体学习时强调：“量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。” “要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。”

　　下一步量子计算发展有三个标志性阶段：

　　第一阶段：“量子称霸”。发展具备50-100个量子比特的高精度专用量子计算机，对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解。

　　第二阶段：研制量子模拟机。研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机，用于解决若干超级计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题。

　　第三阶段：研制可编程量子原型机。量子比特数目达到百万量级，大幅提高量子比特的操纵精度使之达到能超越量子计算苛刻的容错阈值（>99.9%），实现容错量子逻辑门。

　　中国有集中力量办大事的制度优势，“九章”量子称霸就是潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心通力合作的结果，这必将助力中国赢得量子科技的战略优势，必将助力中国重新登上世界科技之颠！