量子计算又获新突破：从青铜时代到电气时代，未来已至

就在最近很多地区还在忙着干架的时候，我们国家发布了九章三号光量子计算机，再度刷新光量子信息技术世界纪录。它一下子把光量子计算的速度提高了一百万倍，更是把超级计算机的速度提高了一亿亿倍。也就是说九章三号一秒钟能解决的问题，用现在最先进的超算也得算两百亿年。这可以说是一个划时代的突破，让我们在光量子计算领域实现了绝对的领先，甚至可以说是独占鳌头。因为除了我们之外，其他国家在光量子计算方面近来似乎都没有取得什么突破，甚至有些国家都已经直接放弃了。

我们都知道，现代社会早已经离不开计算机。无论是手机、电脑、还是互联网、人工智能、都是依赖于计算机的运算能力。而目前传统计算机的运算能力，又取决于它的基本单元——比特。比特也就是二进制的数字，只有0和1两种状态，代表开和关，通过组合不同的比特，就可以表示不同的信息和指令。

但是，比特也有它明显的局限性。比如，我们要表示一个很大的数字，就需要很多的比特。而如果要处理一个很复杂的问题，就需要很多的运算，若要存储一个很大的数据，还需要很多的空间，而这些都会增加计算机的成本和耗能，也会大大影响计算机的速度和效率。

那么，有没有一种更好的方式来提高计算机的运算能力呢？答案就是新兴的未来科技：量子计算。简言之，量子计算就是一种利用量子力学原理来实现信息处理的技术。量子计算的基本单元是量子比特，或者叫做qubit。量子比特不同于普通的比特，它不仅可以是0或者1，还可以是0和1的叠加态，也就是同时是0和1。例如，如果我们有两个比特，那么传统计算机只能表示00、01、10、11四种状态中的一种，而量子计算机可以同时表示这四种状态。这就意味着，量子比特可以表示更多的信息，也可以同时进行更多的运算，这就是为什么量子计算机的速度会远远超过传统计算机的原因。

再加上量子比特还有一个神奇的性质，那就是量子纠缠。量子纠缠是指两个或者多个量子比特之间存在一种可以超越时空的联系，使得它们之间可以无视距离相互影响和传递信息。这就意味着，量子计算可以实现超高速度和超远距离的通信和计算。

虽然量子计算听起来很神奇，但是要实现它并不容易。因为量子比特非常微小和脆弱，很容易受到外界干扰而失去量子状态，所以要制造出能够稳定运行的量子计算机，就需要解决很多技术难题。

目前，世界上有两种主流的量子计算技术路线：一种是超导量子计算，另一种是光量子计算。超导量子计算是利用超导材料制造出人工的量子比特，并通过电磁场来控制它们。而光量子计算则是利用光子作为量子比特，并通过光学器件来控制它们。

这两种技术路线其实各有优缺点。首先，超导量子计算相对成熟和稳定，但是需要在极低温度下才能工作，而且难以扩展到更多的量子比特。而光量子计算相对先进和灵活，但是难以精确地操纵光子，并且容易受到环境噪声的影响。

这个时候不得不说我们国家的厉害了，因为在这两个方向上，我们国家都取得了举世瞩目的成就，我们不仅在超导量子计算上领先全球，在光量子计算上更是独占鳌头，我国已经成为全球唯一在光学和超导两种技术路线都达到了“量子计算优越性”的国家。

回顾过去，早在2021年，我国就成功研制113个光子的“九章二号”和66比特的“祖冲之二号”量子计算原型机，并展示了一项名为“量子霸权”的实验，使中国成为唯一在光学和超导两条技术路线都实现量子优越性的国家。所谓“量子霸权”，就是指一个问题只能由量子计算机在可接受的时间内解决，而不能由任何现有或者未来可预见的经典计算机解决。这项实验表明了我们的超导量子计算机在处理特定问题上已经超越了世界上最先进的经典超级计算机，实现了量子计算的突破。而且，我们的超导量子计算机还具有很高的稳定性和可靠性，可以运行多种量子算法和应用。

而今年10月，最新发布的“九章三号”更是首次实现了对255个光子的操纵能力，极大提升了计算的复杂度。根据业界公开的最优算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比“九章二号”提升一百万倍，“九章三号”1微秒可算出的最复杂样本，如果使用当前全球最快的超级计算机“frontier”来计算则约需两百亿年。这项实验是在常温下进行的，而且使用了全光学的方式来控制光子，没有依赖于任何其他物理系统。这项实验也表明了我们的光量子计算机已经达到了一个全新的水平，实现了光量子计算领域新的突破。而且，我们的光量子计算机还具有很高的灵活性和扩展性，可以支持更多的量子比特和应用。

所以说如今我们在两个方向上都造出了最先进的量子计算机，这是一个前所未有的壮举。取得如此令人惊叹的成就，也将为我们未来的科技发展奠定坚实的基础。

根据量子计算“三步走”路线图，我们已经处于第二步，正在向第三步迈进的阶段。这一阶段具体就是研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题。而这第三步，就需要大幅提高量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力，研制可编程的通用量子计算机。

所以就现阶段而言，我们研发的量子计算机仅仅只是在某些特定问题或特定任务上运算速度奇快，想替代传统计算机实现通用量子计算还需要一些时间，毕竟通用量子计算机意味着需要操纵上千万的量子比特，同时也要具备纠错能力，显然这些都是目前九章系列量子计算原型机需要将来多次迭代后才能实现的，也就是说量子技术的实用化必然也是一场接力长跑。但是我们绝不能因此而忽视量子计算对于未来的意义和影响。因为量子计算必将是一种能够改变世界的技术，它将为我们带来无限的可能性和机遇。

首先，量子计算将为我们提供更强大的计算能力，可以让我们更快更准确地解决一些复杂的数学问题，对密码学、人工智能、大数据等领域产生重大影响，使我们能够解决一些以前无法解决的问题，或者以更高的效率和精度解决一些以前很难解决的问题。比如，量子计算可以帮助我们模拟复杂的物理现象，如高温超导、量子化学、量子密码等，从而促进科学的发现和创新。也可以帮助我们优化复杂的工程问题，如机器学习、人工智能、大数据分析等，从而提升技术的应用和效果。

其次，量子计算也将为我们提供更安全的通信能力，让我们能够实现无法被破解或者被窃听的信息传输和交换。比如，量子计算可以实现量子密钥分发，利用量子纠缠和量子不可克隆性来生成和传送一次性的密钥，从而保证通信的机密性和完整性。也可以实现量子网络，利用量子中继和量子重复器来扩展和加强通信的范围和质量。

最后，量子计算还将为我们提供更广阔的创造能力，人工智能领域必将发生质的飞跃。甚至通过它可以帮助我们更深刻理解宇宙的奥秘，如黑洞、暗物质、多维空间等，拓展我们的视野和想象力。还能让我们更有效地利用和管理资源，这些也将会对我国经济社会的发展和人民生活的改善带来巨大的好处。

我们完全可以想象，量子计算机的发展必将会给我们未来的生活带来巨大的变革。但不管怎样，目前量子计算还是一个非常年轻和复杂的领域，还有很多未知和困难需要我们去探索和解决。根据国际主流观点认为，要研制通用型量子计算机，至少还需要5年到10年时间，但我觉得这点时间已然很近了。