社区考试公共基础之科技常识：中国量子计算机发展

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在最近，中国在全球超级计算大会(SC21)上，由之江实验室联合清华大学、国家超级计算无锡中心、上海量子科学研究中心组成的14人团队摘得素有超算界诺贝尔奖之称的“戈登贝尔奖”。打破过去由西方谷歌公司主导的量子霸权，实现了我国量子计算机领域的巨大突破。那么接下来我们就一起总结一下，中国量子计算机的发展。

在讲解中国量子计算机发展前，我们首先了解一下量子计算机的相关知识。量子计算机是一类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。通俗一点来说，就是它打破传统数学算法，采用量子规律进行逻辑运算，以量子态为记忆单元和信息储存形式。它的基本单位——昆比特，昆比特又称量子比特，它通过量子的两态的量子力学体系来表示0或1。我们在考试中非常喜欢把量子计算机和传统计算机进行比较，所以大家还需要了解那么相比传统计算机来说，量子计算机最大的优点在于运算上，今天是大数据时代，在面对海量的数据，传统计算机是数据越多，计算越缓慢，计算精度越低。但是对于量子计算机来说由于采用量子来处理信息，数据越多，处理的速度越快，同时数据处理也越精准。同时由于量子具有不可克隆的原理，可以防止因为计算机病毒，导致个人信息被泄露，充分保护个人的隐私。

量子计算机具有这些突出的优点，今天中国也逐渐开始重视量子计算机。在2020年由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究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，构建了76个光子的量子计算原型机“九章”。这也是中国第一台量子计算机，为何要命名为九章，主要是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。《九章算术》是中国古代张苍、耿寿昌所撰写的一部数学专著，它总结了先秦两汉时代的数学成就，它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系，是一部具有里程碑意义的历史著作。

“九章”突出的特点在于计算速度非常快，在处理数学问题求解5000万个样本的高斯玻色取样问题“九章”只需200秒。它的速度比目前全球最快的超级计算机快一百万亿倍。同时在存储容量突破“世界纪录”。我国因此成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。(量子优越性：也被称为“量子霸权”。量子计算机的工作原理具有超快的并行计算能力，它往往通过特定算法，在一些具有重大社会和经济价值的问题方面起到非常重要作用，比如密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等，因此，相比经典计算机而言，它能够实现指数级别的加速。)

计算机需要操作系统支持，我们不仅在量子计算机技术上取得巨大突破，在操作系统上也取得巨大突破。2021年中国科学院量子信息重点实验室孵化企业合肥本源量子计算科技有限责任公司在合肥发布了首款国产量子计算机操作系统——本源司南。现有量子计算机操作系统普遍缺少量子资源管理、多量子计算任务并行处理、量子芯片自动化校准等功能，难以有效利用量子计算资源。我们利用这个操作系统能够实现在量子芯片自动化校准、量子资源系统化管理功能等让量子计算资源得以高效利用，让量子计算资源真正的走出实验室，让更多的用户能够体验到。

同样在2021年，我国又在量子计算机上取得更大的突破，中国科学技术大学的潘建伟团队又宣布研制出了新的量子计算机“祖冲之号”，这是目前国际上超导量子比特数量最多的量子计算原型机，其操纵的超导量子比特达到62个。该计算机命名为“祖冲之”是为了纪念我国著名数学家祖冲之。(祖冲之是世界第一个计算出圆周率3.1415926和3.1415927之间，使得圆周率能够精确到小数点后七位。)1500多年后，新“祖冲之”不仅是目前国际上超导量子比特数最多的量子计算原型机，还在此基础上完成了可编程的二维量子行走。与千年前中国科学家在圆周率上的领先一样，“祖冲之号”再次让中国走在了量子计算机的前沿。

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