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【导语】2021年5月8日，中国科学家潘建伟团队成功研发出全球领先的“祖冲之号”量子计算原型机，标志着中国在量子科技领域取得重大突破，跻身世界先进行列。该原型机拥有62个超导量子比特，实现了二维量子行走的可编程化，为量子计算的发展开辟了新纪元，预示着中国在第二次量子革命中展现出强劲实力与无限潜力。

2021年5月8日，世界之最“祖冲之号”问世

2021年初夏时节，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院内，一群怀揣梦想的科学家——潘建伟、朱晓波及彭承志等人心怀壮志，共同朝着一个宏伟目标奋力迈进。同年5月，经过不懈努力，他们成功研发出名为“祖冲之号”的量子计算原型机。这台原型机的超导量子比特数量高达62个，成功实现了二维量子行走的可编程化，为量子计算领域的发展注入了强劲动力。

潘建伟院士

随着“祖冲之号”的问世，中国的量子科技研究正式迈入世界先进行列，成为了全球量子技术革命浪潮中的一股不可忽视的力量。这不仅是我国量子科技领域的一次重大技术突破，更是中国在第二次量子革命中崭露锋芒、彰显实力的关键时刻。

什么是量子计算机？

量子计算机与我们日常使用的传统计算机存在本质差异。传统计算机依赖电路的开关状态，将信息转化为二进制（1和0）进行计算、传输与存储。相比之下，量子计算机则基于量子相干叠加原理，利用原子、光子等基本粒子的量子态进行计算，开辟了计算领域的新纪元。

2020年底，我国科研团队成功研发出基于光子的量子计算原型机“九章”，这一成就使我国在量子计算领域跃居世界前列。具体而言，“九章”在处理特定任务时的速度，比当前全球最快的超级计算机(jī)快(kuài)了(le)100万(wàn)亿(yì)倍(bèi)。这(zhè)一(yī)速(sù)度优势极为显著，若将传统计算机比作自行车，量子计算机则如同翱翔天际的飞机。例如，操控50个微观粒子的量子计算机，在特定问题上的处理能力已超越“神威·太湖之光”超级计算机。

量子计算机的优势不仅限于速度。它的出现有望彻底改变我们对计算的认知和应用方式，为药物研发、天气预报、人工智能等多个领域带来前所未有的潜力与机遇。量子计算机正引领我们进入一个充满无限想象与可能的新时代。

“世纪幽灵”量子有多神奇？

作为物质世界的基本构成单元，量子曾被视为深奥且陌生的概念，但如今已成为全球科技前沿的代表，正悄然改变我们(men)的(de)生(shēng)活(huó)。

量(liàng)子(zi)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么(me)？在(zài)宏(hóng)观(guān)视(shì)角(jiǎo)中(zhōng)，我(wǒ)们(men)看(kàn)到(dào)的(de)是(shì)连(lián)续(xù)的(de)光(guāng)，而(ér)在(zài)微(wēi)观(guān)层(céng)面(miàn)，光(guāng)则(zé)被(bèi)分(fēn)解(jiě)为(wèi)无(wú)数(shù)以(yǐ)粒(lì)子(zi)形(xíng)态(tài)存(cún)在(zài)的(de)光(guāng)子，每个光子都是一个(gè)量(liàng)子(zi)。我(wǒ)们(men)的(de)举(jǔ)手(shǒu)投(tóu)足(zú)、每(měi)一(yī)次(cì)呼(hū)吸(xī)，都(dōu)伴(bàn)随(suí)着(zhe)万(wàn)亿(yì)量(liàng)子(zi)的(de)移(yí)动(dòng)，它(tā)们(men)虽(suī)无(wú)形(xíng)无(wú)迹(jī)，却(què)无(wú)处(chù)不(bù)在(zài)，因(yīn)此(cǐ)被(bèi)形(xíng)象(xiàng)地(de)称(chēng)为(wèi)“世(shì)纪(jì)幽(yōu)灵(líng)”。

量(liàng)子(zi)具(jù)有(yǒu)诸(zhū)多(duō)神(shén)奇(qí)特(tè)性(xìng)。中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)物理所固态量子实验(yàn)室(shì)主任(rèn)范(fàn)桁(héng)以(yǐ)圆(yuán)柱(zhù)体(tǐ)水(shuǐ)杯(bēi)为(wèi)例(lì)解(jiě)释(shì)：从(cóng)正(zhèng)面(miàn)看(kàn)水(shuǐ)杯(bēi)呈(chéng)矩(ju)形(xíng)，从(cóng)顶(dǐng)部(bù)看(kàn)则(zé)为(wèi)圆(yuán)形(xíng)，这(zhè)反(fǎn)映(yìng)了(le)量(liàng)子(zi)的(de)不(bù)确(què)定(dìng)性(xìng)，即(jí)从(cóng)不(bù)同(tóng)角(jiǎo)度(dù)观(guān)察(chá)可(kě)能(néng)得(de)到(dào)不(bù)同(tóng)状(zhuàng)态(tài)。此(cǐ)外(wài)，量(liàng)子(zi)还(hái)易(yì)受(shòu)外(wài)部(bù)探(tàn)测(cè)干(gàn)扰(rǎo)，并(bìng)具(jù)有(yǒu)波(bō)粒(lì)二(èr)象(xiàng)性(xìng)、量(liàng)子(zi)隧(suì)穿(chuān)、量(liàng)子(zi)纠(jiū)缠(chán)等(děng)特(tè)性(xìng)。

那(nà)么(me)，量(liàng)子(zi)有(yǒu)哪(nǎ)些(xiē)实(shí)际(jì)应(yīng)用(yòng)呢(ne)？科(kē)学(xué)家(jiā)利(lì)用(yòng)量(liàng)子(zi)的(de)“叠(dié)加(jiā)”原(yuán)理(lǐ)，研发出超导量子计算机。这一原理类似于孙悟空的分身术，一个量子可同时处于多种状态，从而实现并行运算。例如，在处理10的90次方这样的天文数字时，量子计算机展现出强大的计算能力，远超传统计算机。面对这些庞大且复杂的数字，量子计算机正成为人类应对挑战的新利器。即使采用全球最快的常规计算机进行分解，该过程仍需耗时约15万年之久，这一数字令人叹为观止，同时也(yě)成(chéng)为(wèi)众(zhòng)多(duō)数(shù)学(xué)家(jiā)与(yǔ)计(jì)算(suàn)机(jī)科(kē)学(xué)家(jiā)的(de)重(zhòng)大(dà)挑(tiāo)战(zhàn)。

不(bù)过(guò)，科(kē)技(jì)进(jìn)步(bù)正(zhèng)引(yǐn)领(lǐng)我(wǒ)们(men)走(zǒu)向(xiàng)新(xīn)的(de)希(xī)望(wàng)。未(wèi)来(lái)的(de)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)机(jī)，这(zhè)一(yī)前(qián)沿(yán)且(qiě)充(chōng)满(mǎn)未(wèi)知(zhī)的(de)技(jì)术(shù)，有(yǒu)望(wàng)成(chéng)为(wèi)破(pò)解(jiě)这(zhè)一(yī)难(nán)题(tí)的(de)钥(yào)匙(shi)。不(bù)同(tóng)于(yú)传(chuán)统(tǒng)计(jì)算(suàn)机(jī)，量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)机(jī)依(yī)托(tuō)量(liàng)子(zi)力(lì)学(xué)原(yuán)理(lǐ)，能(néng)在(zài)极(jí)短(duǎn)时(shí)间(jiān)内(nèi)完(wán)成(chéng)这(zhè)一(yī)艰(jiān)巨(jù)任(rèn)务(wu)。这(zhè)一(yī)突(tū)破(pò)性(xìng)进(jìn)展(zhǎn)，预(yù)示(shì)着(zhe)加(jiā)密(mì)技(jì)术(shù)和(hé)网(wǎng)络(luò)安(ān)全领(lǐng)域将(jiāng)迎(yíng)来(lái)颠(diān)覆(fù)性(xìng)的(de)变(biàn)革(gé)。

中(zhōng)国(guó)跻(jī)身(shēn)量(liàng)子(zi)科(kē)技(jì)领(lǐng)域第(dì)一(yī)梯(tī)队(duì)

2021年(nián)5月(yuè)8日(rì)，潘(pān)建(jiàn)伟(wěi)科(kē)研(yán)团(tuán)队(duì)创(chuàng)造(zào)了(le)一(yī)项(xiàng)历(lì)史(shǐ)性(xìng)的(de)成(chéng)就(jiù),他(tā)们(men)凭(píng)借(jiè)自(zì)主研(yán)发(fā)的(de)二(èr)维(wéi)结(jié)构(gòu)超(chāo)导(dǎo)量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)芯(xīn)片(piàn)，成(chéng)功(gōng)打(dǎ)造(zào)出(chū)全球(qiú)范(fàn)围(wéi)内(nèi)超(chāo)导(dǎo)量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)数(shù)量(liàng)最(zuì)多(duō)的(de)可(kě)编(biān)程(chéng)超(chāo)导(dǎo)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)原(yuán)型(xíng)机(jī)——“祖(zǔ)冲(chōng)之(zhī)号(hào)”。这一成就，充分展示了中国在量子科技领域的顶尖实力与创新能力。

“祖冲之号”原型机内置62个可精准操控的超导量子比(bǐ)特(tè)，这(zhè)一(yī)数(shù)字(zì)超(chāo)越(yuè)了(le)谷(gǔ)歌(gē)“悬(xuán)铃(líng)木(mù)”量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)机(jī)的(de)53个(gè)量(liàng)子比特，标志着我国在超导量子比特数量上占据了全球领先地位。这一显著优势，不仅彰显了“祖冲之号”的技术实力，更意味着我国在超导量子系统技术领域已迈入世界先进行列。

值得一提的是，“祖冲之号”成功实现了二维可编程量子行走的演示，这一突破性实验为量子计算在解决具有广泛实用价值的问题上奠定了坚实基础。从大数据优化、天气预报、材料科学设计，到密码破译、药物研发等多个领域，量子计算均展现出巨大的应用潜力和广阔的发展前景。

“祖冲之号”的成功研制，无疑为我国量子计算领域的发展注入了强劲动力，同(tóng)时(shí)也(yě)向(xiàng)世(shì)界(jiè)展(zhǎn)示(shì)了(le)量(liàng)子(zi)科(kē)技(jì)的(de)无(wú)限(xiàn)魅(mèi)力(lì)和(hé)广(guǎng)阔(kuò)未(wèi)来(lái)。

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