不知不覺，計算機已經成為了人們家中最常見的東西之一，在網絡發達的信息時代，不論是工作還是休閑娛樂都會用到它。

現代人的生活已離不開計算機

當然，計算機的發展并不會止步于此，科學家早就研發出了更高級的版本，比如超級計算機和量子計算機。

其中量子計算機的計算能力甚至比超級計算機還要快億億億倍，實在是讓人震驚。而我國九章與祖沖之二号的出現，也标志着咱們在量子計算機領域再創佳績。那麼，它們的存在是否能說明中國已實現事實量子霸權了呢？

九章二号光量子幹涉實物圖

大多數人都隻聽說過超級計算機，比如我國的天河一号計算機、歐洲的尤金計算機等等，這些超級計算機表面上看起來跟計算機基本沒什麼關系，而且占地面積還大的驚人。

千兆次超級計算機天河一号

雖然超級計算機的性能已經很強了，其運算速度平均每秒都能達到1000萬次以上，可是這依舊不是人類想要的“最快速度”。并且，上世紀八十年代計算機勢頭正猛的時候，有科學家提出了一個問題，那就是“摩爾定律是否會終結”，在這種情況下有人意識到“量子計算機”将會成為解決這一問題的關鍵。

量子計算機的概念圖

原來，摩爾定律的基礎就是不斷提高電子芯片的集成度，這表面上看沒什麼問題，但是當芯片集成度變高之後，操作時丢失的大量比特所轉換出的熱量就會越多，這樣的話芯片就會被燒壞，這也是為什麼高速運轉的筆記本可以用來當“暖手寶”。

因此，科學家指出在摩爾定律失效之後，人類還想提高計算機的計算速度，就必須嘗試創造量子計算機。這種計算機的運行規律遵循量子力學，其基本運行單元是量子比特，能夠同時處于“多個狀态”。

在這種情況下，傳統計算機的二進制狀态無疑會被“秒殺”。

量子計算機與傳統計算機的對比圖

由此可見，計算機本來就是一種很強大的設備，再将它與神奇的“量子力學”相結合，造出的産物自然是尋常設備無法比拟的。

在強大信息處理能力的加持之下，量子計算機在天氣預報、藥物研制、交通調度等多個方面都有着廣闊的市場，正因如此它成為了各國研究的重點。

九章二号量子計算機

我國的九章二号和祖沖之二号就是在這樣的期待下誕生的，那麼它們到底有多強呢？真的會比超級計算機快億億億倍嗎？

首先咱們先來介紹一下九章二号，它是我國光量子計算原型機“九章号”的升級版，其名字的來源是我國著名的數學專著《九章算術》，代表着人們對“計算能力及速度”的超高追求。

算力得到巨大提升的九章二号

實際上，最初九章号誕生的時候，大家就覺得已經很令人驕傲了。但是中國科學技術大學中科院量子信息創新研究院的科學家卻認為遠遠不夠，所以他們又對九章号進行了改良升級，最終讓性能更高的“九章二号”順利誕生。

中科院量子信息研究院的陸朝陽在接受采訪時介紹到，“我們在激光‘受激發輻射放大’概念的啟發下，對量子光源進行了改進，使光子的産率較之前提升了三倍，光源關鍵指标也從63%提升到92%。”

九章二号實驗照片

除此之外，九章二号的多光子量子幹涉線路與探測到的光子數都有增加，前者從以前的100維度增加到了144維度，後者則達到了113個，處于領先水平。

在基礎性能提高的情況下，九章二号還具備了相位可編程功能，即使是不同參數的數學問題也能順利求解。

當然，最重要的還是它的計算速度。根據科學家的描述，九章二号在高斯玻色取樣方面的處理速度要比超級計算機快億億億倍，這個“倍數”确實直接将超級計算機碾在了土裡。

九章二号整體裝置示意圖

其次再來說說祖沖之二号，它的原型機是超導量子計算機祖沖之号。相較于九章二号的升級速度，祖沖之号的升級速度明顯更快，半年之内就造出了升級版“祖沖之二号”。

與自己的前身相比，祖沖之二号實現了66個數據比特、11路讀取的高密度繼承，讓最大态空間的維度達到了1019。

不過在速度方面，祖沖之二号就沒有九章二号那麼快了，其在處理量子随機線路取樣問題上隻比超級計算機快一千萬倍左右。但是，在計算難度方面，已經甩了谷歌的“懸鈴木”幾條街。

對此中國科技大學量子創新院的教授朱曉波表示：“目前研究團隊已在進行更複雜的實驗，以期不斷刷新紀錄，五年之後，希望可以驗證‘有糾錯保護的量子比特’，最終走向通用容錯的量子計算。”

“祖沖之二号”量子處理器

綜上所述，九章二号和祖沖之二号的性能在全球都是數一數二的，甚至以九章二号來說它的存在都刷新了國際光量子操縱技術水平，受到了國際上科學家的高度認可。

比如著名量子物理學家Barry Sanders在得知這一消息後，就稱贊這是“令人印象深刻的最前沿的進步”。

而祖沖之二号的性能提升，标志着我國首次在超導量子計算領域當中超越了谷歌，是一個“裡程碑”式的存在。

祖沖之二号的二維超導量子比特芯片

既然這樣，這是否代表着我國已經實現“事實量子霸權”了呢？實際上，雖然成果是相當不錯的，但是還沒有到實現事實量子霸權的地步，因為這些年來，全球各國都在量子計算領域積極鑽研。

在這種情況下，大家的研究進度相差的不是太大，都在“你追我趕”的進程當中不斷相互超越。

各國量子專利數量示意圖

全球量子計算發展态勢

咱們在前文中介紹量子計算機的時候就提到了，由于量子計算機的性能十分優越，數據處理能力非常強，而如今又是信息時代，這種“信息技術”自然備受關注。

在這種情況下，量子計算已經成為了世界各國搶占經濟、軍事、安全等領域優勢的戰略制高點。

甚至有人認為，構建實用化的通用量子計算機已經可以稱之為是“21世紀的太空競賽”了。對此，每個國家都在積極推進量子計算的研究和項目部署，試圖能夠獲得更多的“量子優勢”。

谷歌的量子計算優勢

以美國為例，他們是全球最早将量子信息技術列入國家戰略的，一直以來政府、國防部、能源部等對于量子計算都十分關注，不僅投入了大量的資金，還鼓勵在這個領域當中多多建設項目，促進“商業化應用”盡早實現。

資料顯示，自2014年到2019年，美國NSF資助量子計算項目共計145項，資助總額約6382萬美元。

美國國家科學基金會

值得一提的是，承擔量子計算項目的大學都是美國頂尖的高校，比如說麻省理工學院、普林斯頓大學、斯坦福大學、哈佛大學等等，其中獲資項目最多的就是麻省理工學院，算得上是“一騎絕塵”了。

負責量子計算項目的哈佛團隊

除了美國以外，歐洲作為量子理論的發源地，也十分重視這個領域的突破研究。比如歐盟在2016年的時候，就發布了“量子技術期間計劃”，投資了約10億歐元開展研究，争取盡早建立起極具競争力的量子産業。

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