超算量子计算（比最快的超算还快一百万亿倍）
超算量子计算（比最快的超算还快一百万亿倍）无论是存储器还是处理器，都只是计算机的硬件。要想让计算机真正派上用场，还需要软件，也就是对计算机下命令的指令集。像剁馅、和面、擀饺子皮和包饺子，就是饺子机的指令集。计算机里也有很多指令集，其中最简单的指令是加法，也就是把两个数加在一起。至于减法、乘法和除法，都可以通过加法来实现。计算机的结构与之类似。它有一个部分叫存储器，其功能相当于货架，可以用来存放各种各样的数据。另一部分叫处理器，也就是我们常说的CPU，其作用相当于桌台，可以用来对存储器中的数据进行处理。普通计算机的工作原理归根结底是用二进制做加法我们先看看，平时用的计算机的工作原理是什么：计算机很像是一个饺子机，它主要由两部分组成。一部分是货架，上面放了一些原材料，比如面粉、水、菜、肉等等；另一部分是桌台，在上面可以对原材料进行加工处理，比如剁馅、和面、擀饺子皮、包饺子等。
北京时间12月4日凌晨，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳团队在《科学》杂志在线发表论文《用光子实现量子计算优越性》，宣告中国量子计算原型机“九章”问世，并实现了“量子计算优越性”里程碑。
去年，谷歌也宣告了名为“悬铃木”的量子计算机的诞生，经典计算机需要计算1万年的工作，谷歌的计算机只需要200秒。
而“九章”在处理高斯玻色采样问题上，比“悬铃木”快了一百万亿倍。
那么，到底什么是量子计算机？它为什么能比经典计算机更强大？
普通计算机的工作原理
归根结底是用二进制做加法
我们先看看，平时用的计算机的工作原理是什么：计算机很像是一个饺子机，它主要由两部分组成。一部分是货架，上面放了一些原材料，比如面粉、水、菜、肉等等；另一部分是桌台，在上面可以对原材料进行加工处理，比如剁馅、和面、擀饺子皮、包饺子等。
计算机的结构与之类似。它有一个部分叫存储器，其功能相当于货架，可以用来存放各种各样的数据。另一部分叫处理器，也就是我们常说的CPU，其作用相当于桌台，可以用来对存储器中的数据进行处理。
无论是存储器还是处理器，都只是计算机的硬件。要想让计算机真正派上用场，还需要软件，也就是对计算机下命令的指令集。像剁馅、和面、擀饺子皮和包饺子，就是饺子机的指令集。计算机里也有很多指令集，其中最简单的指令是加法，也就是把两个数加在一起。至于减法、乘法和除法，都可以通过加法来实现。
比如，乘法其实是加法的积累。比如说1乘3，就相当于1加1再加1。至于减法和除法，其实是把加法和乘法颠倒过来。
有了加减乘除，就可以让计算机做更复杂的事。比如解方程、算微积分、画图片、放视频等等。总之，计算机最核心的工作原理就是最简单的加法运算。不管多复杂的计算机指令集，归根结底都是在做加法。
不过在做加法之前，还有一个很关键的问题要解决，那就是如何用计算机里面的元件来表示数字。计算机用的是二进制，其个位数字只有0和1。到2了以后，就得往前面的位数进位，所以二进制中的2要用10来表示。
对计算机而言，用二进制可比用十进制要简单得多。要表示二进制中的两个数字，0和1，只需要找出电子元件的两种不同状态。半导体二极管有一个“关”的状态和一个“开”的状态。用“关”来代表0，用“开”来代表1，这样就可以在计算机中表示二进制的数字了。
计算机的工作原理，就是在二进制的基础上，实现加减乘除。世界上第一台计算机在1946年美国的宾夕法尼亚大学诞生，它是个占地170平方米，重30吨的庞然大物，有18000个电子管，每秒钟可以运算5000次。
在当时看来，这是非常惊天动地的速度了，到了今天已经微不足道。我们现在的家用电脑的CPU，就可以轻松进行每秒50亿次的计算。我国的天河二号超级计算机，其计算峰值是每秒5.49京次（1亿亿次为1京）。
什么是“量子优越性”
量子计算机为什么强大
接下来我们可以说说量子计算机了。
同学们这几天一定在很多媒体上看到“量子优越性”这个词。其实，这是一个科学术语，它的意思是，量子计算装置在某些特定的问题上，运算速度超越所有的经典计算机。
为什么量子计算机速度可以那么快呢？
因为一个量子计算机中的元器件，可以既处于开的状态，又处于关的状态。就像那只著名的“薛定谔猫”，可以同时处于死和活的“叠加态”。
叠加态有什么作用呢？这就像我们走迷宫，如果是一个人走的话，他每次遇到一个岔口，就得做出一个选择，这就像普通计算机。但如果我们将水灌进迷宫中去，水在每一个岔口，同时做出所有选择，这就像量子开关，同时处于开和闭的状态。
前面讲过，经典计算机里的电子原件，它在某一时刻只能处于1种状态。那个电子元件就是最小的信息单位，叫做一个“比特”。但一个量子比特，它可以同时存在2个状态。假如有2个量子比特，就同时有4种状态。以此类推，n个量子比特，可以有2n个状态。可以看到，随着量子比特数量的增加，量子计算机的并行运算速度是指数级增长的。当我们拥有50个量子比特时，250个状态就是非常庞大的天文数字，这样的量子计算装置，就可以实现“量子优越性”。
事实上，谷歌去年开发的“悬铃木”，就是拥有53个超导比特的量子计算原型机，经典计算机花1万年计算的事情，悬铃木只需要200秒。
而“九章”有76个光量子，它的速度又比谷歌的“悬铃木”快了一百亿倍。
基于量子计算的算法，可以在气象预报、药物分析、基因分析、经典密码破译等方面发挥重要作用。
“九章”和“悬铃木”
它们各有所长
“虽然‘九章’和‘悬铃木’分别被设计用来处理不同问题，但如果都和超算比的话，‘九章’等效地比‘悬铃木’快了一百亿倍，且克服了样本数量依赖的缺陷。”陆朝阳接受媒体采访时这样说。
量子计算的基本原理虽然很简单，可要实现它是非常困难的，主要原因是微观的东西我们很难控制。量子开关很容易被环境影响，一旦被影响，量子叠加态就被破坏了。就像那只薛定谔猫，如果我们打开盒子去“观测”，它就不再是一只既死又活的量子猫，而是一只普通的活猫或者死猫。这个过程叫做“退相干”。
所以说，实现量子比特的相干操纵，是做成量子计算机的关键。除了硬件，还需要算法，将一个问题化解成具体操作。
量子计算机有两种，一种是“量子模拟机”，它只能处理单一的任务。就好像，Alpha Go只会下围棋，它不会下象棋。另一种是通用机，它可以处理各种各样的任务。
“悬铃木”和“九章”，都只能用来解决特定问题。
我国的“九章”，目前只能做“高斯玻色取样”。在这个特定任务上，它的速度超越了所有的计算机。而谷歌去年研发的“悬铃木”，采取的超导量子比特，相对更具有通用化的优势。
我国也同时在做超导量子比特的研究。潘建伟院士今年在西湖大学公开课上的演讲中曾透露，目前正在开展60个超导比特的量子相干控制，如果做成，可以比谷歌的“悬铃木”快三个数量级。
另外，傲娇地告诉大家，潘建伟、陆朝阳可都是我们浙江东阳人哦！
（原标题《“九章”问世 比最快的超算 还快一百万亿倍 量子计算“魔力”在哪》。编辑黄慧仙）
