从谷歌的“垂柳”到我国的“祖冲之三号”，量子核算的新打破总能登上科技开展的头条。翻开新闻一看，“比特”“羁绊”……都是些啥？量子核算，为什么这么重要？“量子核算原型机”，为啥不能把“原型”两字省掉？

　　当然不能省。要了解量子核算，咱们的故事就得从原型机讲起。天然，更好的方法，是从我国科学家的最新打破，“祖冲之三号”讲起……

　　祖冲之，我国古代最巨大的数学家之一。量子核算界的“祖冲之”，本事相同不小。

　　3月3日，我国科学家发布了他们成功构建的现在最高水准超导量子核算机——105比特超导量子核算原型机“祖冲之三号”，处理“量子随机线路采样”问题的速度比现在国际最快的超级核算机快千万亿倍，再次打破超导系统量子核算优越性国际纪录。

　　原型机？对，便是尚在试验阶段的量子核算机，它终究和老练的量子核算机有何不同？

　　量子核算原型机可以验证量子比特的叠加、羁绊等中心特性，在某些特定使命上现已展现出逾越经典核算机的潜力，科学家特别垂青的，是它可当作探究怎么构建规划更大、更安稳的量子系统的渠道。咱们常看到轿车厂商隔三岔五推出冷艳夺目、不过暂时还无法量产的“概念车”，量子核算原型机也是这样的存在。

　　假如把量子核算比作人类迈向很多星宇的“三级火箭”，那么量子核算原型机便是榜首级引擎的“焚烧试验”。它还做不到直接登陆月球，但可验证某一技能途径能否挣脱经典物理的“引力”捆绑，冲向核算才干的深空。这是通向通用量子核算机的必经之路。

　　现在，驱遣量子系统高速核算，还面临着退相干、噪声搅扰和量子纠错等应战。科学家有必要一直在优化量子比特的规划，改善冷却和阻隔技能，规划更高效的纠错算法，才干让原型机日益老练。这一阶段，就像对概念车进行苛刻的路途测验和安全认证，只要经过层层检测，才干逐渐改善规划，迎来批量生产。

　　值得阐明的是，眼下一些量子核算产品虽然已试水商业商场，究其实质仍是原型机，实践使用时依然受限于量子比特的数量和过错率，核算才干还无法全面逾越经典核算机。

　　现在咱们已习气乘坐高铁高效出行，可是不要忘了，历史上蒸汽机车从前比马车还要慢。假如说火车“改朝换代”的时间，可以从蒸汽机车速度榜初次逾越马车算起，那么在量子核算的演进史上，咱们重视的目标，便是“量子核算优越性”——量子核算机在特定的问题求解上，体现出逾越经典核算机的才干。

　　2019年，谷歌的“悬铃木”超导处理器初次声称完结量子核算优越性，仅需200秒，就能处理其时国际上最快的超级核算机需求1万年才干完结的运算。这就像是核算国际的武馆，迎来了榜首位踢馆的少年。一年之后，我国科学技能大学团队构建了76个光子的量子核算原型机“九章”，使我国成为第二个完结量子核算优越性的国家。2021年，我国团队凭仗“祖冲之二号”反超“悬铃木”，2024年谷歌再度刷新纪录，而近期发布的“祖冲之三号”以更优功能重夺领先地位。

　　全球一流团队巅峰对决，你追我赶，但并非跨过了量子核算优越性的门槛就万事大吉了。现阶段的量子核算优越性试验，就像是专家们为量子核算机量身定制的“考卷”，它们很合适量子核算设备发挥潜力，包含“随机线路采样”“玻色采样”等，但惋惜，还没太多实用价值。现在科学界的一致是，一台能求解有实用价值问题的超导量子核算机，需求有上百万个量子比特。

　　为何需求这么多比特？是因为量子核算理论上所说的比特，是指完美的、不会产生任何过错的比特，专业上称“逻辑比特”。可是实践中的东西总是不完美的，现在各类量子核算机原型机中的量子比特也是这样，它们叫做“物理比特”，极易受噪声影响。

　　因而，量子纠错这一重要课题就呈现了，简略来说，便是“添加冗余的量子比特数”，经过把多个物理量子比特编码为一个逻辑量子比特，完结纠错。物理量子比特越多，就越能下降过错产生率。

　　你可以把量子比特幻想成一群简单跑调的合唱团员。假如只让一个量子比特独唱，遇到搅扰稍一走调，整首歌就毁了。而量子纠错就像让几人一组齐唱同一句歌词：即便其间一人跑调，剩余几位的正确音高仍能纠正过错，让全体旋律坚持调和。

　　不消说，为了纠错，需求足够的物理量子比特。并且，要想逻辑量子比特体现得比物理量子比特更优异，自身要求物理量子比特的出错率低于一个特定的值，否则只会“越纠越错”。再怎么说，合唱团也不能招五音不全的团员啊！

　　我国的“祖冲之三号”除了量子核算优越性获得新打破，在量子纠错方面也颇有开展。我国科学技能大学教授、“祖冲之号”量子核算原型机总规划师朱晓波介绍，本年，团队正在展开码距为7的外表码纠错研讨，期望接下来能扩展到9甚至11，为完结大规划量子比特的集成和操作铺平路途。

　　“祖冲之号”量子核算原型机总规划师朱晓波（右）与学生评论制冷机状况 代蕊 摄

　　20世纪30年代，“图灵机”的概念被提出，10年之后，国际上榜首台通用核算机诞生。其时的人们面对着这台占地面积150平方米、总重量约27吨的粗笨咱们伙，或许很难幻想，它会带领人们步入产业革新的新纪元——信息时代。

　　现在离实践使用尚还悠远的量子核算原型机，正是下一个纪元的种子。现在，全球科学家各显神通，不同技能道路可谓千帆相竞。超导量子、光量子、离子阱、半导体量子点、中性原子……或许咱们还不能确认通用量子核算时机从哪一条赛道锋芒毕露，但现在最受重视的，是超导和光学系统两家。

　　超导量子核算作为一种固态量子核算计划，具有可扩展性好、量子比特相干时间长、操作速度快、保真度高级很多长处，技能道路相对老练，易于使用现有半导体、超导工艺设备制作和集成。但它依靠极低温环境运转，纠错与噪声按捺现在体现也不抱负，仰赖很多冗余和杂乱的纠错算法才干完结容错核算。

　　光量子比特具有不怕搅扰的特性，可以在室温环境下可靠地履行核算，可是因为光子间相互作用过于奥妙，难以履行杂乱量子门，现在看只合适专攻特定问题。

　　值得欢喜的是，我国是眼下全球唯一在超导和光量子两条道路都完结了量子核算优越性的国家，离子阱、超冷原子等多条技能道路也是朝气蓬勃。

　　诚如潘建伟院士所言，量子信息技能还需求长时间开展，一个活跃、理性且促进协作的环境是必要的。新一轮量子革新需求耐性催化，而“祖冲之三号”的里程碑，或许仅仅序章。

　　通用量子核算的星火燃起之际，国际会勃发出新的光荣吗？这是一件值得等待的事。

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