作為世界科技前沿重大挑戰(zhàn)之一，量子計(jì)算機(jī)有何厲害之處？

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)成功研制了目前國(guó)際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)量最多的量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，操縱的超導(dǎo)量子比特達(dá)到62個(gè)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走。

事實(shí)上，我國(guó)量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)算力全球領(lǐng)先。在2017年，世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)在中國(guó)上海誕生；在2020年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布該校潘建偉等人成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，求解數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣只需200秒；如今已經(jīng)發(fā)展到62比特量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”。

那么，量子計(jì)算機(jī)到底有多厲害？

雖然量子計(jì)算機(jī)體積大、攜帶不方便，但是它在求解某類(lèi)特定問(wèn)題上具有巨大的優(yōu)勢(shì)。一直以來(lái)，經(jīng)典計(jì)算機(jī)的運(yùn)行主要依賴(lài)非“0”即“1”的比特信息（即二進(jìn)制），而量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行依賴(lài)的卻是“量子比特”。那么，從“二進(jìn)制”到“量子比特”，計(jì)算機(jī)到底有怎樣的進(jìn)步？

早期經(jīng)典的計(jì)算機(jī)只能用“0”和“1”來(lái)記錄所有的信息狀態(tài)，每一步只能進(jìn)行2的1次方，即2次運(yùn)算；而量子計(jì)算機(jī)是用量子狀態(tài)來(lái)描述信息，它擁有更快速的運(yùn)算方式。比如2個(gè)量子態(tài)（也可以稱(chēng)作“2個(gè)比特”）的量子計(jì)算機(jī)，每一步可進(jìn)行2的2次方，即4次運(yùn)算，3個(gè)量子態(tài)的量子計(jì)算機(jī)，每一步可以對(duì)信息進(jìn)行2的3次方，即8次運(yùn)算。

量子計(jì)算機(jī)未來(lái)有什么樣的實(shí)際用途？

當(dāng)前，量子計(jì)算機(jī)作為世界科技前沿重大挑戰(zhàn)之一，已成為各國(guó)角逐的焦點(diǎn)。量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，可望通過(guò)特定算法在密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、天氣預(yù)報(bào)、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等領(lǐng)域，提供相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)指數(shù)級(jí)別的加速。

專(zhuān)家：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)研究所工程師敖琪