“超算”已不是陌生词，随着技术发展，超算越来越快，即将突破每秒百亿亿次，但这仍不是最快的，量子计算机才是。

中国是世界上第二个实现“量子优越性”(也称“量子霸权”)的国家。2020年12月4日，中国科学技术大学潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，用“九章”求解数学算法高斯玻色取样只需200秒，如果用目前最快的超算，速度每秒44亿次的日本“富岳”来做同样计算，需要6亿年。相对世界上最早实现“量子优越性”的谷歌公司“Sycamore”(悬铃木)量子计算机，“九章”也要快100亿倍。

量子计算机的基本信息单位是量子比特(qubit)。它用量子态，也就是物理学上的微观运动方式存储信息。当两个微观粒子互相纠缠时，一个微观粒子的行为会影响另一个的状态，这就是量子计算，纠缠的粒子就是量子计算机的计算单元。“九章”的计算单元是光子，“悬铃木”的计算单元是超导量子比特。

粒子状态有多种可能性，并且互相叠加，每次计算时各个量子状态并行操作。因此，随着量子位数增加，计算速度成指数增长。量子计算机可以模拟物质的微观运动，常规计算机做这种模拟工作量过大，无法精确描述每个粒子的每种状态，因为和量子并行计算相同，在物质微观运动中，每个粒子的状态是并行改变的。以有95个电子的咖啡因分子为例，完全模拟要10的48次方个数据位，但地球上只有约10的50次方个原子，这种计算无法实现。如果用量子计算，理论上160个量子比特就够了。

然而，量子计算实用化还要攻克很多难关，最主要的是减少误码率。因为计算是并行的，一旦误码，所有状态的结果都将受影响。量子计算机要有极高稳定性和良好纠错机制。“九章”使用了高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，同时满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包重合度优于99.5%、通过率优于98%的100模式干涉线路，以及相对光程十亿分之一以内的锁相精度，高效率100通道超导纳米线单光子探测器。精良的实验条件保证了“九章”的成功，国际著名学术期刊《科学》发表了该成果，审稿人评价它是“一个最先进的实验”和“重大成就”。

最近，潘建伟院士团队又研发出了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，可执行任意量子算法，使中国成为目前唯一在两条技术路线上达到“量子优越性”的国家，为量子计算实用化做出了新的贡献。

“祖冲之二号”

“祖冲之二号”实现了66个数据比特、110个耦合比特、11路读取的高密度集成，最大态空间维度达到了1019。