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從圖靈的原始設(shè)想到現(xiàn)代的微型芯片，從最初的巨型大腦到掌中的智能手機(jī)，計(jì)算機(jī)的進(jìn)化史，就是人類(lèi)智慧的飛躍史。

準(zhǔn)備好了嗎？快按下回車(chē)，一起進(jìn)入這個(gè)由0和1編織的數(shù)字世界。

01 從何說(shuō)起 起源竟來(lái)自于這兒

在歷史的長(zhǎng)河中，數(shù)學(xué)界的魔術(shù)師阿蘭·圖靈，以他的天才創(chuàng)意，為我們帶來(lái)了一臺(tái)機(jī)器——圖靈機(jī)。這臺(tái)機(jī)器不僅改寫(xiě)了戰(zhàn)爭(zhēng)的走向，更悄然改變了社會(huì)的走向。

圖靈，原本在倫敦富裕家庭長(zhǎng)大，14歲那年，他踏入了美國(guó)謝伯恩公學(xué)的大門(mén)，開(kāi)始科研之路。歷史的車(chē)輪滾滾向前，第二次世界大戰(zhàn)的硝煙，無(wú)情地打斷了他的學(xué)術(shù)夢(mèng)。當(dāng)時(shí)，為了取得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利，德國(guó)升級(jí)了密碼設(shè)備，開(kāi)始啟用英格爾碼密碼機(jī)——又稱(chēng)為“啞謎機(jī)”或“謎式密碼機(jī)”，可見(jiàn)其破譯難度之大。

由于德國(guó)密碼設(shè)備的嚴(yán)密，面對(duì)重要軍情，英國(guó)情報(bào)機(jī)構(gòu)只能監(jiān)聽(tīng)到一些茫然不解的信息。美國(guó)和法國(guó)，也相繼遇到類(lèi)似的情形。各國(guó)逐漸認(rèn)識(shí)到事態(tài)的嚴(yán)重性，開(kāi)始重視英格爾碼的破解工作。

1939年秋，圖靈臨危受命，負(fù)責(zé)破譯英格爾碼密碼機(jī)。“假如把這些技術(shù)放在一起，可以建造什么？”這個(gè)問(wèn)題的答案，在當(dāng)時(shí)的別人看來(lái)，簡(jiǎn)直是“天方夜譚”。

“我們可以建造一臺(tái)計(jì)算機(jī)！”在歷經(jīng)無(wú)數(shù)個(gè)日日夜夜，圖靈和他的團(tuán)隊(duì)成員專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、建造了一臺(tái)機(jī)器，破解德軍的英格爾碼密碼，也就是世界上的第一臺(tái)軍用計(jì)算機(jī)——圖靈機(jī)。

后來(lái)，圖靈機(jī)在軍事中得到廣泛應(yīng)用。

1941年，英國(guó)情報(bào)機(jī)關(guān)利用圖靈機(jī)準(zhǔn)確破譯了德軍的一份密電，輕而易舉地得到了世界上最厲害的一艘巨型裝甲戰(zhàn)列艦——“俾斯麥”號(hào)的行軍路線(xiàn)，造成德軍如此巨大的損失，圖靈機(jī)功不可沒(méi)。

02 如何而生 生根發(fā)芽能有多快

自從圖靈機(jī)在人類(lèi)智慧的海洋中激起漣漪，計(jì)算機(jī)的發(fā)展便開(kāi)始了一段波瀾壯闊的旅程。這股技術(shù)浪潮不僅推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，也為我們帶來(lái)了前所未有的計(jì)算能力。隨著時(shí)間的推移，傳統(tǒng)的計(jì)算方法逐漸接近其物理極限，而量子計(jì)算的出現(xiàn)，預(yù)示著計(jì)算能力的又一次飛躍。

今天，從量子計(jì)算到量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展也僅是剛過(guò)了起步階段。為了實(shí)現(xiàn)在特定問(wèn)題上的計(jì)算能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)的目標(biāo)，科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到至少需要約50個(gè)量子比特的精準(zhǔn)操控，這是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)。

目前，全球僅有4臺(tái)量子計(jì)算機(jī)宣布實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”，這是一個(gè)重要的里程碑，意味著這些計(jì)算機(jī)在某些特定任務(wù)上的表現(xiàn)超越了最強(qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。值得驕傲的是，我國(guó)的光量子計(jì)算機(jī)“九章”和超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“祖沖之二號(hào)”占據(jù)了其中的兩席。

九章，源于古代數(shù)學(xué)專(zhuān)著《九章算術(shù)》。這本書(shū)成于公元一世紀(jì)左右，總結(jié)了戰(zhàn)國(guó)、秦、漢時(shí)期的數(shù)學(xué)成就，歷來(lái)被尊為算經(jīng)之首。為了紀(jì)念這本書(shū)，我們以它的名字命名了“九章”量子計(jì)算機(jī)。

2020年，“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)求解了最高達(dá)76光子的高斯玻色采樣問(wèn)題，求解速度超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)基于光學(xué)體系的量子計(jì)算優(yōu)越性，使得中國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。

高斯玻色采樣問(wèn)題聽(tīng)起來(lái)可能有點(diǎn)復(fù)雜，但讓我們?cè)囍靡粋€(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)理解它。

假如你在一個(gè)巨大的圖書(shū)館，需要找到幾本特定的書(shū)。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的幫助下，可能需要一本一本查找，非常耗時(shí)。

但有了量子計(jì)算機(jī)，它可以同時(shí)檢查整個(gè)圖書(shū)館的每本書(shū)，迅速找到你所需要的。高斯玻色采樣越高，它從大量可能性中篩選出正確的量子態(tài)組合的速度也越快。

以上是對(duì)“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)的簡(jiǎn)單了解，“祖沖之號(hào)”超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)地位同樣重要。

“祖沖之號(hào)”源于古代數(shù)學(xué)家祖沖之，他以超凡的才能，將圓周率的計(jì)算推向了一個(gè)新的高度。

2021年，我們以他的名字命名了一款超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)——“祖沖之號(hào)”。這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，擁有62個(gè)超導(dǎo)量子比特，是當(dāng)時(shí)國(guó)際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)目最多的可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)，解決一個(gè)又一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題。

2021年，我們又迎來(lái)了“祖沖之二號(hào)”，它的量子比特?cái)?shù)達(dá)到了66比特。

打個(gè)比方，量子比特?cái)?shù)達(dá)到66比特，就像是我們的量子計(jì)算機(jī)擁有了一個(gè)巨大的并行處理能力，它們可以同時(shí)以多種不同的狀態(tài)存在。這意味著它可以一次性處理海量的信息，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的效率要高出許多。

“九章”和超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“祖沖之二號(hào)”的誕生，讓中國(guó)成為全球唯一在超導(dǎo)量子和光量子兩種物理體系上都實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國(guó)家，這是多么令人驕傲的成就！

03 量子計(jì)算 迎來(lái)發(fā)展新突破

基于量子計(jì)算的潛力和優(yōu)勢(shì)，2023年，在中國(guó)科學(xué)院量子創(chuàng)新院指導(dǎo)下，中電信量子集團(tuán)研發(fā)了“天衍”量子計(jì)算云平臺(tái)。

該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了“天翼云”超算算力和 176 量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算能力的融合，是全球首個(gè)接入已實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)（祖沖之二號(hào)系列）的量子計(jì)算云平臺(tái)，并已免費(fèi)開(kāi)放全球訪(fǎng)問(wèn)。

“天衍”量子計(jì)算云平臺(tái)具有“量子優(yōu)越”、“自主可控”、“算力顛覆”、“生態(tài)融合”四大核心優(yōu)勢(shì)，支持超算及量子計(jì)算任務(wù)的云上混合調(diào)度，可以推動(dòng)量子計(jì)算在量子化學(xué)研究、新藥新材料開(kāi)發(fā)、能源氣象模擬、人工智能等場(chǎng)景的應(yīng)用。

最近，這個(gè)平臺(tái)又有了新動(dòng)作——計(jì)劃接入基于“驍鴻”芯片研發(fā)的量子計(jì)算整機(jī)。500+比特量子計(jì)算機(jī)的云端接入，可以高效承載各領(lǐng)域用戶(hù)對(duì)有實(shí)用價(jià)值的問(wèn)題和算法開(kāi)展研究，加速量子計(jì)算在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用，引領(lǐng)量子計(jì)算生態(tài)的快速發(fā)展。

可以說(shuō)，時(shí)至今日，我國(guó)的量子計(jì)算已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑的歷史飛躍。那么，量子計(jì)算的未來(lái)如何發(fā)展？

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉回答了這個(gè)問(wèn)題。

“近期3-5年里，我們希望在解決某些特定物理問(wèn)題或者化學(xué)材料問(wèn)題中，找到一兩個(gè)應(yīng)用的范例。這些問(wèn)題無(wú)法通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)解決，必須通過(guò)專(zhuān)用的量子計(jì)算機(jī)或者量子模擬機(jī)解決。在不久的將來(lái)，量子計(jì)算會(huì)有比較好的進(jìn)展。”

量子計(jì)算的未來(lái)充滿(mǎn)無(wú)限可能，讓我們拭目以待，一起見(jiàn)證這場(chǎng)科技革命的到來(lái)！