A. 中科大基于简并腔中涡旋光子，开创拓扑量子模拟新方法
近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队在基于人工合成维度的量子模拟方面取得重要实验进展，实现了基于简并腔中涡旋光子的拓扑量子模拟，为拓扑量子模拟开创新方法。
维度是决定宇宙中物质特性的一个重要物理量。但在科学研究中，由于三维物理世界的限制，人们往往难以研究三维以上的物理系统性质及演化特性。针对这一难题，科学家提出可以通过人工合成维度的方式来解决。例卜搭伏如，在一个三维系统中引入两个人工合成维度，就可以在该系统上研究五维的物理性质。
涡旋光子作为携带不同轨道角动量的光子，其携带的轨道角动量数目原理上可以无限，因此它是构建人工合成维度的理想载体。早在2015年，中科院量子信息重点实验室周正威教授研究组就首次理论提出，基于人工合成光子轨道角动量维度实现量子模拟的方案。中科大郭光灿院士团队李传锋、许金时等人在这一方向进行了长期实验 探索 ，先后搭建了基于平面镜、球面镜和椭球面镜的简并光学腔，实现腔内超过46阶轨道角动量模式的谐振。
此次，中科大郭光灿院士团队李传锋、许金时、韩永建等人，将涡旋光子束缚在简并光学谐振腔内，通过引入光子的自旋轨道耦合人工合成了一维的拓扑晶格，为拓扑量子模拟开创了一种新的方法。研究成果于4月19日发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。
在此基础上，团队创造性地在驻波简并腔中引型携入具有各向异性的液晶相位片，实现腔内涡旋光子轨道角动量和光子自旋（即偏振）的耦合。腔内光子所携带的轨道角动量是整数分立的，与一维离散晶格相对应。因此，携带不同轨道角动量的光子可以等效为位于不同晶格格点上的准粒子，并通过自旋自由度将具有不同轨道角动量的光子耦合起来，从而模拟粒子在不同晶格格点之间的来回跃迁。
利用共振能谱探测技术，团队直接刻画了前述自旋轨道耦合系统的态密度(DOS)和能带结构。此外，团队利用实验装置优异的可调谐性能，清晰展现了周期性驱动系统能带枝核打开和闭合的演化过程，并进一步引入不同的演化时序，系统研究了不同拓扑结构的特性并探测到拓扑绕数。
前述研究验证了利用涡旋光子固有自旋和轨道角动量作为人工合成维度的可行性，为研究丰富的拓扑物理系统提供了一个高度紧凑的实验平台。
论文共同第一作者为中科院量子信息重点实验室博士研究生杨木，以及硕士研究生张昊清、廖昱玮。前述研究获得 科技 部、国家基金委、中国科学院、安徽省的支持。
B. 中科大量子计算优越性实验入选2021年国际物理学十大进展
澎湃新闻从中国科学技术大学获悉，12月21日，美国物理学会Physics网站公布了2021年国纯雹际物理学领域十项重大进展，中科大潘建伟、朱晓波、陆朝做腊帆阳等完成的“祖冲之二号”和“九章二号”量子计算优越性实验与美国宇航局“帕克”太阳探测器首次飞越太阳的日冕层、费米国家加速器实验室发现基本粒子缪子的行为和标准模型理论预言不局前相符等十项研究成果入选。
10月25日，着名物理学期刊《物理评论快报》刊发中国科学技术大学潘建伟院士团队关于量子计算的两大成果。其中，他们成功构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，实现对“随机线路取样”问题的快速求解，比目前最快的超级计算机快数万倍，使得我国首次在超导量子体系达到“量子计算优越性”里程碑。在光子体系，他们在世界首个达到“量子计算优越性”的“九章”光量子计算原型机的基础上，研制出113个光子144模式的“九章二号”，实现了相位可编程功能，对“高斯玻色取样”问题的求解速度比目前最快的超级计算机快亿亿亿倍，再次刷新世界纪录。
这一系列成果使我国成为目前国际上唯一同时在两种物理体系均达到“量子计算优越性”里程碑的国家。美国物理学会评价认为，中国科学技术大学研究团队在与谷歌、IBM等竞争中脱颖而出，提供了令人信服的实验论据，在他们的超导和光学量子计算机展示了卓越的量子计算优越性。
校对：刘威
C. 中科大获国际里程碑式实验成果：分布式量子相位估计首获验证
近日，来自中国科学技术大学的实验团队在《Nature Photonics》发表了一篇文章，里面讲述分布式量子相位估计首获实验验证。
这个讯息代表了很多东西，但为了更好理解，在开始讲关于这篇文章的更多内容之前，我们先来聊聊“分布式量子相位估计首获实验验证”这句话。下文将先讲“分布式量子相位估计”，随后讲“首获”，最后才会讲到“实验验证”。
分布式量子相位估计要讲起来也挺复杂，就让我们从“量子”开始。
在物理学中，量子是参与相互作用的任何物理实体的最小数量。也就是说，一个物理性质可以被“量化”，这意味着物理性质的大小只能采用由一个量子的整数倍组成的离散值。
举个通俗的例子来说，一箱纸中，“箱”既是容丛猛器，也是一个衡量单位，随后便是一叠纸，一张纸。到了“张”以后，剪碎纸张可以变成一条纸，特别特别碎的时候，我们或许可以称它为一粒纸。这个“粒”就是我们日常生活中接触到的比较小的单位了，再小？渗轮桥再小基本就用不到了。而量子，则是指物理界中最最最小的单位，因为已经无法再分割得更小了。
但是吧，不是所有的东西都像纸一样是固体，“量子”的提出也跟纸能分成多少份或者分成多小没有任何关系。 而是19世纪末20世纪初的时候，有很多物理现象无法解释，一个沉迷于研究“黑体辐射”的科学家提出了“能量子”这个说法，用作能量的最小单位。因此，诞生了一直都很高大上的“量子力学”。
所以关于量子，不能从固体上面去解释的话，最常见的就是用于“光”上，作为一种单位。1905年爱因斯坦把“量子”引进了光学里，提出了“光量子”的概念，其实也就是后来大家多多少少都听过的“光子”。
小结一下就是量子既是波也是粒子，但也可以既不是粒子也不是波。 是不是很绕口？反正就是这个实验里你说它是波，它确实有干涉和衍射，但对不起，它没有对应的确定的物理量；那个实验里你说它是粒子，它确实可数，有确定的质量和电荷，但不好意思，他没有确定的轨道。
接着我们来解释一下量子相位估计里的“相位”。
相位是用来描述信号波形变化的度量，通常用角度作为单位，所以也称作相角或相。这个东西是比较常见的，当信号波形以一定周期的方式发生变化，波形循环一周就是三百六十度。说起来 搞笑 ，我其实真的经常见到，毕竟我每天都玩魔兽桐凳世界。最近经常打的安琪拉神庙里的克苏恩就很适合出现在这里，为大家现身说法。
其实古代也有相位这个概念，比如月有阴晴圆缺的月相，也属于这个相位的概念。其实月相说白了就是月球的相位。平时更不要说了，光一个耳机就能经常接触到相位。说实在话，耳机的 科技 里，其实很多时候，在原有基础上，做个相位调整就可以得到更符合人体构造的听感。
相位看似简单，其实吧，它是个特别重要的东西，为什么这么说呢？因为量子力学跟经典力学相比，其实就是多了个相位……
说到这里，我们总算要讲到“量子相位估计”了。
量子相位估计，顾名思义是用来估计相位的整体操作的特征向量的。更精确地说，量子相位估计其实是一种量子算法，是量子傅里叶变换的一个重要应用。它在其它量子算法中经常用作子例程，是很多量子算法的基本步骤，其中包括Shor's算法（秀尔算法）和HHL算法（线性方程组的量子算法）。
分布式量子相位估计中，除了上面提到的几个名词，就剩下“分布式”没讲了。这其实才是这个实验的大头。这里先卖个关子，后文会着重提到。
接下来是“首获”，其实这个词就挺直白的。代表着一个发现，一个全新且一个了不起的成果。
根据合肥 科技 日报的报道，他们是从中国科学技术大学里获悉这一消息的。中科大的潘建伟院士以及他的同事陈宇翱、徐飞虎等，利用多光子量子纠缠，首次实现了分布式量子相位估计的实验验证。这不仅仅在国内是首次，在国际上也是第一次实现，为构建基于量子网络的高精度量子传感奠定了基础。
这个成果已经于11月30日在线发表在了《自然·光子学》（Nature Photonics）上。据说在投稿期间，几位审稿人对这项实验工作给予了高度评价，称赞这是一项“重要的里程碑工作”。
现在，我们终于要来讲讲“分布式”这三个字了。
“分布式“在这里指的是分布式传感技术。这项技术可以同时执行多项任务，主要是可以在多个远程空间节点上完成精密测量的任务。日常生活中我们比较常接触到的光纤传感器（利用光纤的物理特性实时测试某个场地的空间时间状态），以及DSN分布式无线传感器网络(Distributed Sensor Network)，都是采用的这种技术。
所以这种分布传感技术是相当适合用于执行量子相关计算的任务的。量子网络作为量子信息和量子计算的重要组成，在执行各类远程多节点任务中起着重要作用。当对多个空间分布的参量进行测量时，分布式量子传感能够实现超越经典统计极限的测量精度。然而，分布式量子传感面对的一个重要问题是：如何选择并制备能够实现对多个参量最优测量精度的量子纠缠态。
这篇已发表的文章里就详细讲述了他们关于怎么去解决这个问题的实验情况，我摘抄并稍作翻译了一些他们的文章摘要过来：
“分布式量子计量可以提高检测超出经典限制的空间分布参数的灵敏度。在这里，我们展示了具有离散变量的分布式量子相位估计，以实现海森堡极限相位测量。基于模式和粒子中的并行纠缠，我们展示了针对单个相移和平均相移的分布式量子感测，其误差减小幅度分别高达散粒噪声极限1.4 dB和2.7 dB。此外，我们展示了一种具有并行模式纠缠和每种模式下移相器多次通过的组合策略。特别是，我们的实验使用了六个纠缠光子，每个光子最多通过移相器六次，并获得了总数为N的光子通过 = 21，在低于散粒噪声限制的4.7 dB处减少了误差。我们的研究为常规量子网络中分布式量子传感纠缠和相干的好处提供了忠实的验证。”
这些摘要表明，中科大这个研究团队的该项工作成功实现了多参量分布式量子传感的原理性实验验证。通过评估不同纠缠结构情况下的测量精度，验证了纠缠结构对测量精度的增强效果。也扩展了资源利用率和可测量的参量数量，朝分布式量子传感的实际应用迈出重要一步。
D. 本源量子联合中科大在量子近似优化算法研究中取得新进展
近日，本源量子联合中科大研究团队在量子近似优化算法（Quantum Approximate Optimization Algorithm，后称“QAOA”）的研究中取得最新进展。该研究证明了S-QAOA算法（Shortcuts to Quantum Approximate Optimization Algorithm，后称“S-QAOA”）是利用现阶段的含噪声量子计算机求解组合优化问题的理想选择，进一步推进了量子计算在组合优化问题上的应用。
什么是组合优化问题？以着名的旅行商问题（TSP）为例，假设有渗乎磨一个旅行商人要拜访n个城市，他必须选择所要走的路径，路径的限制是每个城市只能拜访一次，而且最后要回到原来出发的城市。路径的选择目标是要求得的路径长度为所有路径之中的最小值。这就是一个典型的组合优化问题。
从广义上讲，组合优化问题是涉及从有限的一组对象中找到“最佳”对象的问题。“最佳”是通过给定的评估函数来测量的，该函数将对象映射到某个分数或者成本，目标是找到最高评估分数和最低成本的对象。组合优化往往涉及排序、分类、筛选等问题。
组合优化问题丛斗在现实生活中具有广泛的应用，比如交通、物流、调度、金融等领域的许多问题都是组合优化问题。并且很多组合优化问题对应的经典算法都有较高的复杂度，在问题规模较大时，经典计算机难以快速地找到这些问题的最优解。因此，利用量子计算加速组合优化问题的求解具有重要的意义。
在含噪声的中等规模（NISQ）的量子时代，可靠的量子操作数会受到量子噪声的限制（目前量子噪声包括量子退相干、旋转误差等）。因此，人们对量子-经典混合算法很感兴趣，这类混合算法可以借助经典优化器来优化量子线路中的参数，从而选择最优的演化路径，以降低量子线路深度。比较着名的一类量子-经典混合算法就是量子近似优化算法（QAOA），它有望为组合优化问题的近似解的求解带来指数级的加速。
研究人员表示，理论上，如果量子线路足够深，QAOA可以得到较好的近似解。但由于量子噪声引起的误差会随着量子线路深度的增加而累积，当量子线路深度较大时，QAOA的性能实际上会下降。因此，在当前的量子计算机上展现QAOA算法的优势是一项具有挑战性的任务，降低QAOA算法的线路深度对于在现阶段的量子计算机上展现QAOA算法的优势具有重要意义。
为了减少量子电路的深度，研究人员提出了一种新的思路，称为“Shortcuts to QAOA”:（S-QAOA）。首先，在S-QAOA中考虑了额外的两体相互作用，在量子电路中加入与YY相互作用相关的双门以补偿非绝热效应，从而加速量子退火过程，加速QAOA的优化；其次，释放了两体相互作用（包括ZZ相互作用和YY相互作用）的参数自由度，增强量子电路的表顷此示能力，从而降低量子线路的深度。数值模拟结果表明，与QAOA相比，S-QAOA在量子线路更浅的情况下可以获得较好的结果。
研究人员通过引入更多的两体相互作用和释放参数自由度来改进QAOA算法，降低QAOA算法需要的线路深度，使得QAOA算法更适合现阶段的含噪声的量子计算机。由于该算法利用了STA（Shortcuts to adiabaticity）的原理，因此研究人员将其称为“Shortcuts to QAOA”。
本源量子研究人员表示：“在S-QAOA中，参数自由度的释放是通过对梯度较大的参数进行进一步的优化，但是是否有更好的方式挑选出最重要的参数做优化，还是值得 探索 和研究的一个方向。我们将在下一步的工作中研究更多的案例，以验证和完善我们的想法。我们希望我们的方法可以为尽早实现量子优越性提供新的方法和思路。”
E. 中科大：实现两量子比特和四量子比特纠缠态的可伸缩量子态验证
量子信息是将信息编码成量子态的场，利用这些哪镇状态的“量子性”，科学家可以比经典计算机进行更有效的计算和更安全的密码学。由中国科学院中国 科技 大学(USTC)郭光灿教授领导的一个团队，在实验上实现了非自适应局域测量对两量子比特和四量子比特纠缠态的可伸缩量子态验证，其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。将量子系统初始化为某种状态是量子信息科学的一个重要方面。
虽然已经开发了各种测量策略来表征系统初始化的程度，但对于给定的策略，通常在其效率和量子态的可访问信息之间存在权衡。传统的量子状态层析成像可以凳世表征未知状态，同时需要非常昂贵的耗时后处理。现在新的理论突破表明，量子态验证提供了一种用明显较少的样本来量化预备态的技术，特别是对于多体纠缠态。在郭光灿教授领导的研究中，对于所有被测试的态，估计的不保真度与样本数量成反比：
这说明了用少量样本来表征量子态的能力，与需要非局部测量的全局最优策略相比，实验效率只差了一个小的常数因子(<2.5)。研究通过实验对四光子Greenberger-Horne-Zeilinger态进行了表征，比较了量子态验证和量子态层析的性能差异，结果表明量子态验证在效率和精度上都具有优势。中科大在实验上实现了一种最优量子态验证(QSV)，这种验证易于实现，并且对现实中的缺陷具有很强的鲁棒性。
研究展示的1/n缩放结果来自策略本身，没有纠缠或自适应测量。其研究结果对许多量子测量任务都有明确的启示，并可能为后续更复杂的量子系统奠定坚实的基础。将量子系统初始化为某种状态是量子信息科学的一个重要方面。虽然已经开发了各种测量策略来表征系统初始化的程度，但对于给定的策略，通常在其效率和量子态的可访问枣缓肢信息之间存在权衡。
量子态验证提供了一种用明显较少的样本来量化预备态的技术，特别是对于多体纠缠态。研究修改了原来的方案，使其对实际缺陷具有鲁棒性，并在实验上实现了对具有非自适应局域测量的两量子比特和四量子比特纠缠态的可扩展量子态验证。通过实验对四光子格林伯格-霍恩-泽林格态进行了表征，比较了量子态验证和量子态层析的性能差异，结果表明量子态验证在效率和精度上都具有优势。
F. “九章”量子计算机这么猛，到底能做啥只为了一条公式的结果吗
最近我国的科协技术在天上的在地上的，都有了突破，天上的是咱们的嫦娥5号，地上的就是咱们的量子 科技 。这两项 科技 几乎都是每一个发达国家梦寐以求梦寐以求的制高点。
前两天，数猜碧我国又有了重大的 科技 突破，这个重大的突破，是在最前沿的技术量子技术上，我国科学家宣布构建了76个光子（量子比特）的计算机原型机“九章”。这意味着中国在量子通信领域领先的地位已经毋庸置疑。咋又领先了呢？怎么回事？到底牛在哪里？
本次我国发布76个光子的量子计算机原型机“九章”，在求解数学算法高斯波色取样的速度，是目前最快的超级计算机100万亿倍 ，在此次运算中 “九章” 仅用了200秒就完成了，而如果传统的超级计算机所需要的时间是6亿年，跟传统计算机比，没什么好比的。 “九章” 的速度是去年谷歌发布的 53 个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。你没听错是比谷歌最牛的量子霸权要快100亿倍，这些数字已经超过我的理解范围，反正就是你有1块钱，我有100亿，你明白了这个差距了吧？
量子是构成物质的最基本单元，它是能量的最基本携带者，也就是他已经不可以分割出更小的单位了。
科学家是如何利用量子的呢？要利用量子就必须了解量子的特性。量只有两个特性，
传统的计算机，一切都是逻辑电路，也就是由N个开关组成的集成电路体，任何一个开关都可以实现开和关（通电与不通电）的其中一种状态，我们在计算机里面的称之0和1，这就是二进制。 而量子这家伙不但有拥有0和1这两状态，它还存在一个种是0也是1的两种状态的结合，也就是存在第三种可能，不确定状态，称为量子的叠加态。
啥意思，玩人是吧！
当然不是，量子本身是自转的，没有去观察的时候，它是按是45旋转的，当去观察时，你只能看到两种可能中的一种，上旋或者是下旋。也就是去观察时，只能看到两种状态，看不到第三种状态。就比如，有人问你，你爸爸在家吗？如果你回家看过了，你会给出两种可能的答案，在或不在，但是你没有回去看过，你只能回答不确定，也是就一种未知的状态，有可能在，也有可能不在，这就第三种状态，未知的！
当有三种可薯举以利用的状态时，这就变成了三进制，一生二，二生三，三生万物，三进制对二进制来讲是一种降维打击，同一时间二进制只可以做两种逻辑运算，但三进制可以做三种逻辑运算。二进制64位运算是2的64次方，结果是18446744073709551616，总共20位数，而量子的三进制是3的64次方，结果是 3.43368382 10^30，总共是31位数兆粗，约是二进制的200亿倍。而这一次，“九章”的计算能力是3的76次方，算不出来。
在上面我们知道，量子是组成物质最小的单位，也是能量的最基本携带者，说明了光子是由多个量子组成的，而这些量子是形成一个量子系统的，相互响影的。其中一个量子改变成了自己的特性，也响应其它量子的特性，这就是量子纠缠。但这个量子纠缠有一个很重的特性，它不受空间的限制，其中一个量子发生改变，与其发量子纠缠的量子离多远，都会第一时间发生变改。科学家将一粒粒子一分为二，将它们分离 1200公里之外，其中一部分改变了量子属性，在1200公里外的量子属性也跟着改变。到目前为止，科学家都不知道是什么原因导致量就会有这种特性，有人认为可能就是暗物质的存在，也许有某一种的吸引力来吸引着量子，就像地球引力或者或者像地球的南极北极的引力一样，但这都只是一种猜测。
科学家们是如何利用量子的特性的呢？
从上面我们知道量子有叠加态，正因为量子有叠加态，所以没有一个准确的答案，也就是说，如果单一用叠加态的话，无法做出计算机出来的，因为它最终没有得到一个确定的结果，它就像另一个宇宙一样，什么可能都有。科学家们如果想要自己得到的结果，就利用了量子的纠缠态，改变某一个量子的特性，就等于输入自己的条件，而量子计算机也就是按这些条件继续产生未来的可能。所以说量子计算机最重要的一点就是干涉，只有通过干涉才能得到自己想要的结果。是不是有点改变命运的感觉？
因为量子计算机强大的计算能力，它可以把整个宇宙所容纳的可能性，在短时间内计算出来。只要我们能够有能力控制300个量子，它所容纳的可能性就是宇宙诞生以来的所有可能性。
量子计算机对我们有什么好处呢？
第一，我们可以利用计算机建构许多的模型，我们可以找出 历史 的真相，我们可以知道未来的发展，密码这些东西对于量子系统计来讲，简直就是小菜一碟。
第二、我们可以通过建构模型，预测未来的发展，这样的话我们就可以提前对一些事情做一些改变我们叫做改变命运。比如有一个台风的出现，只要有足够计算的能力，我们就有可能知道整个台风发展的趋势和走向，可以通过干涉来改变台风的走向，甚至将台风化解。
第三、国家对金融、经济、股市的走势有了更好地把握，可以更精准的出招，困扰人类 社会 多年的经济危机，将不会再有。
第四、算命、改变命运这些东西，也就太简单了，因为人生真的很短暂，数据量真的很少，加入适当的变量，就会有适当的人生。控制和改变一个人的人生是非常容易的。
其实太多可能性了，它可以计算出一个宇宙， 、我们就在宇宙之内，变成一切都是可控的，也许最后就是一个有秩序的世界。
外部知识：
什么是“九章”呢？
“九章”得名于我国古代一部知名的数学专着，是中国古代张苍、耿寿昌所撰写。最后成书最迟在东汉前期。《九章算术》内容十分丰富，全书总结了战国、秦、汉时期的数学成就。同时，《九章算术》在数学上还有其独到的成就，不仅最早提到分数问题，也首先记录了盈不足等问题，《方程》章还在世界数学史上首次阐述了负数及其加减运算法则。它是一本综合性的 历史 着作，是当时世界上最简练有效的应用数学，它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系。
光量子计算机。
也就是对光分子的一个控制，利用量子的叠加态和纠缠态，加以干涉的一系列过程的装置。在光量子计算机领域，中国科学技术大学潘建伟院士、陆朝阳教授领导的团队，研制出一种操控5个粒子（即5个光量子比特）的光量子计算原型机，在完成“玻色取样”任务时，它的速度不仅比国际同行之前所有类似实验的最高纪录加快至少24000倍，同时，通过和经典算法比较，也比人类 历史 上第一台电子管计算机ENIAC和第一台晶体管计算机TRADIC的运行速度快10倍—100倍。
G. 里程碑式突破！——潘建伟团队解说“九章”量子计算机
新华社合肥12月4日电题：里程碑式突破！——潘建伟团队解说“九章”量子计算机
在一个特定赛道上，200秒的“量子算力”，相当于目前“最强超算”6亿年的计算能力！12月4日，《科学弯搭友》杂志公布了中国“九章”的重大突破。
这台由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等学者研制的76个光子的量子计算原型机，推动全球量子计算的前沿研究达到一个新高度。尽管距离实际应用仍有漫漫长路，但成功实现了“量子计算优越性”的里程碑式突破。
（小标题）算力新高度 技术三优势
“量子优越性”——横亘在量子计算研究之路上的第一道难关。
这是一个科学术语：作为新生事物的量子计算机，一旦在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机，就证明了量子计算机的优越性，跨过了未来多方面超越传统计算机的门槛。
去年9月，美国谷歌公司宣布研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”，对一个数学问题的计算只需200秒，而当时世界最快的超级计算机“顶峰”需要2天，因此他们在全球首次实现了“量子优越性”。
近期，中科大潘建伟团队与中科院上海微系统与信息技术研究所、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”。
“取名‘九章’，是为了纪念中国古代着名数学专着《九章算术》。”潘建伟说。
实验显示，“九章”对经典数学算法高斯玻色取样的计算速度，比目前世界最快的超算“富岳”快一百万亿倍，从而在全球第二个实现了“量子优越性”。
高斯玻色取样是一个计算概率分布的算法，可用于编码和求解多种问题。当求解5000万个样本的高斯玻色取样问题时，“九章”需200秒，而目前世界上最快的超级计算机“富岳”需6亿年；当求解100亿个样本时，“九章”需10小时，“富岳”需1200亿年。
潘建伟团队表示，相比“悬铃木”，“九章”有三大优势：一是速度更快。虽然算的不是同一个数学问题，但与最快的超算等效比较，“九章”比“悬铃木”快100亿倍。二是环境适应性。“悬铃木”需要零下273.12摄氏度的运行环境，而“九章”除了探测部分需要零下269.12摄氏度的环境外，其他部分可以在室温下运行。三是弥补了技术漏洞。“悬铃木”只有在小样本的情况下快于超算，“九章”在小样本和大样本上均快于超算。
“打个比方，就是谷歌的机器短跑可以跑赢超算，长跑跑不赢；我们的机器短跑和长跑都能跑赢。”他们说。
（小标题）20年努力攻克三大技术难关
对于“九章”的突破，《科学》杂志审稿人评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。
多位国际知名专家也给予高度评价。“这是量子领域的重大突破，朝着研制比传统计算机更有优势的量子设备迈出一大步！我相信成果背后付出了巨大的努力。”德国马克斯·普朗克研究所所长伊格纳西奥·西拉克说。
美国麻省理工学院教授德克·英格伦认为，这是“一项了不起的成就”“一个划时代的成果”。
加拿大卡尔加里大学量子研究所所长巴里·桑德斯说，毫无疑问，这个实验结果远远超出枝租了传统机器的模拟能力。
据了解，潘建伟团队这次突破历经了20年努力，从2001年开始组建实验室，他们曾多次刷新量子纠缠数量的世界纪录。“九章”的突破，主要攻克了三大技术难关：高品质量子光源、高精度锁相技术、规模化干涉技术。
其中的高品质量子光源，是目前国际上唯一同时具备高效率、高全同性、高亮度和大规模扩展能力的量子光源。“比如说，我们每次喝下一口水很容易，但要每次喝下一个水分子非常困难。”中科大教授陆朝阳说，高品质光源要保证每次只“放出”1个光子，且每个光子要一模一样，这是巨大挑战。同时，锁相精度要控制在10的负9次方以内，相当于传输一百公里距离，偏差不能超过一根头发丝的直径。
此外，为了核验“九章”算得“准不准”，他们用超算同步验证。“10个、20个光子的时候，结果都能对得上，到40个光子的时候超算就比较吃力了，而‘九章’一直算到了76个光子。”陆朝阳说，另一方面，超算的耗电量太大，计算40个光子时需要电费200万元，41个光子需要400万元，42个光子需要800万元，推算下去将是天埋槐文数字。
（小标题）“算力革命”跃马人类未来
当前，量子计算已成为全球各国竞相角逐的焦点。比如近期，欧盟宣布拟投资80亿欧元，研究量子计算等新一代算力技术。
“量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域，提供比传统计算机更强的算力支持。”潘建伟说。
据了解，国际主流观点认为，量子计算机的发展将有三个阶段：
第一阶段，研制50个到100个量子比特的专用量子计算机，实现“量子优越性”里程碑式突破。
第二阶段，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，比如量子化学、新材料设计、优化算法等。
第三阶段，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原型机。
目前，“九章”还处在第一阶段，但在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。
潘建伟团队表示，“量子优越性”实验并非一蹴而就的工作，而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争，但最终量子计算机会产生传统计算机无法企及的算力。下一步，他们将在光子、超导、冷原子等多条技术线路上推进研究。
H. 中科大首次实验验证多体系统中量子态可被同时导引的特性
近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子信息基础研究中取得重要进展，首次通过实验验证多体系统中量子态可被同时导引的特性，这一成果在多用户量子通信、量子网络的搭建、多体纠缠检测中都具有重要的应用前景。
量子导引描述了一个粒子通过局域测量影响另一个粒子量子态的能力。作为一种量子非局域现象，量子导引拥有独特的非对称性质，能进一步实现单向量子导引，即一方可以导引另一方，反过来枝核却不行。在多体量子导引的研究中，单配性关系会限制量子导引在个体之间的分享能力，使得一方不能同时被其他参与方导引。
但理论研究表明，在增加测量方向的情况下，多体量子导引会出现违背单配性的现象，展示出多体之间丰富的导引共享关系结构。为了实验验证这种非单配性共享关系，就需要对多体量子系统进行任意测量，这就要求制备具有高保真度的多体纠缠量子比特系统。
此次，郭光灿院士团队李传锋、许金时、孙凯等人对多体量子导引的关系结构进行了实验研究，首次观测到多体量子导引的非单配性共享关系，即其中一方的量子态可以被另外两方同时导引。相关研究成果近日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。
近年来，李传锋、许金时、孙凯等人基于光学平台，系统地开展了量子导引的实验研究，包括全对无(all-versus-nothing)量子导引的验证、单向量子导引的实现等。在本次研究中，团队进一步利用光子的偏振、路径和轨道角动量三个自由度，构建了三量子比特系统，制备了一系列的三体纠缠态，平均保真度达到96%。研究人员通过拓展量子导引的不确定关系判据，研究了多体量子导引的非单配性卜搭伏共享关系。
中科大团队的实验结果表明，在三体量子系统中，一方的量子态可以被另外两方同时导引，这种现象违背了传统的单配性关系，证实了多体量子导引的共享性质。此外，团队通过对处于W态（一类多体纠缠态）的三体系统进行充分地分析，展示了不同的量子导引架构，并利用所证实的多体量子导引非单配性的共享关系，进一步实现了三体真纠缠的实验验证。与常规方法相对比，这种检测方法所需要的测量资源更少，展现了其高效性。
此次研究成果展示了量子导引在多体系统中丰型携富的关系结构，加深了对量子导引物理概念的理解，对量子信息基础研究具有重要意义。同时该工作为基于量子导引单配性的信息协议提供了全面的分析视角，在多用户量子通信、量子网络的搭建、多体纠缠检测中具有重要的应用前景。
中科院量子信息重点实验室博士研究生郝泽琰为该工作第一作者。此次研究获得 科技 部、国家基金委、中国科学院、安徽省的支持。
I. 中科大打破技术垄断，解锁“芯”技能，光量子芯片成功问世
从中国近几年的发展速度来看，可以说很多国家都远远落后。无论是经济建设还是基础设施建设，还是基础设施建设方面的努力，在科研和技术方面，中国也在不断努力。
在当今信息时代，最基本的设施是电子芯片，而光量子芯片也是未来新一代信息产业的基础设施和核心支撑。不知道大家都知道光量子芯片这个词吗？
可能说起芯片，很多人会想到华为手机的芯片生产。由于种种打压，华为在一段时间内受到了疯狂的攻击，因为芯片开发的一个重要工具就是光刻机。雕刻机很难进行芯片的研发。
近期，我国在光子量子芯片领域取得重大进展，这意味着在芯片生产领域，光子量子芯片又有了发展方向。这时候，美国也坐不住了。为什么不能坐以待毙？要知道，芯片技术一直被美国人垄断。换句话说，我们在这方面受到了阻碍。然而，现在我们学会了这项技术，这也意味着我们打破了垄断。那你就不能在那边生气唯友歼吗？
说到芯片，最不能回避的就是华为。我们知道，华为总裁任正非辛苦了很多年，现在甚至可以说是他把华为一路带到了技术的巅峰。目前，华为的产品甚至在世界范围内都非常受欢迎。
随着5G的出现，越来越多的国家对中国有了新的认识。然而，美国却是红着眼睛，黑手，开始全力打压中国。正是因为美国的制裁，华为几乎在一夜之间被迫进入了发展 历史 的寒冬，银包中隐藏着危机和机遇。
由于美国垄断了芯片市场，华为部分业务不得不按下暂停键。在这种情况下，我我国自制芯片和自产光刻机立即启动。不仅是科研团队，就连中国企业也开始忙碌起来。不过，这毕竟不是一件容易的事，一直没有突破。要知道，在这方面，我们的技术掌握是很不成熟的，所以我们要付出更多才能赶上。
后来我们也看到了中国科学院郭光灿院士发的一篇文章，说中国在光量子芯片方面取得了技术突破。近年来，我国 科技 市场掀起告答了一股芯片研发热潮。除了半导体芯片的研发，我们还在坚持不懈地寻求光子量子芯片领域的新突破，最终实现弯道超车。
那么首先，什么是量子芯片？量子电路集成在基板上，承载量指冲子信息处理的功能，这就是量子芯片。这种量子芯片与传统芯片的制造工艺基本相同。量子芯片属于基于传统光导体的新型芯片。
这种半导体材料与以往的半导体材料还是有区别的，在组成的基础上有很多不同。传统芯片通过三极管mos管形成电路。它使用高低电平来表示二进制中的 0 和 1。但是，量子芯片不同。人们在量子算法中使用不同的量子态来表示 0 和 1。
所以可以理解，虽然最终的产品是一样的，但是使用的材料是不同的。举个不恰当的例子，像淘宝货和品牌货，虽然外观一样，但用料肯定不一样。而如果量子芯片出现，肯定会成为未来计算机的核心技术。那么，什么是光子量子芯片？有没有光子量子芯片，我们可以绕过光刻机不谈？下面，我们就来一探究竟。
这种新型光子芯片采用微纳处理技术，因此单个芯片可以集成大量光子器件。因此，光量子芯片与传统芯片和量子芯片的生产原理有着根本的不同。
通常来说，一般来说，光刻机是芯片制造的核心机器。在芯片加工的整个过程中，光刻机可以通过光源能量和形状控制从电路中投射出光来补偿各种光学误差，然后将电路图缩小到硅片上。然后化学刻在硅片的电路网上。
这样一来，制作原理就完全不同了，自然要绕过光刻机的局限。如果未来世界各地都使用光量子芯片，那么我们的研究人员将不再需要研究覆盆子的 7 纳米和 5 纳米技术。
就连芯片领域也将直接进入新时代，光刻机将直接从稀有而不可或缺的物件，变成被降维重创、被无情淘汰的东西。就像那些曾经鲜活却被埋葬在 历史 长河中的大佬们一样。
有些人可能不明白。事实上，与传统芯片相比，光量子芯片是全新的芯片状态。并且与传统芯片相比，它最大的优势是光子芯片的稳定性会更强，所以实际性能会更强大。
这么说吧，传统芯片的性能主要取决于集成晶体管的数量。如果晶体管小，那么构成芯片的晶体管数量就会多，计算能力也会相对更强。
对光刻机有一定了解的人，对芯片制造的流程应该不会太陌生。目前，7纳米和5纳米在这里已经是比较高端的工艺了。苹果12、华为mate40等，这里都是用5nm芯片。不过，5nm芯片技术，目前只有三星和台积电拥有。不过最近有消息称，三星要搞3纳米芯片了。
要知道，半导体芯片是整个技术领域的核心。毕竟，每一个技术领域都离不开芯片的支持。芯片与电子产品的心脏一样重要。就像日常生活中的手机和电脑，甚至航空航天，这些小东西都离不开芯片。
芯片实际上是各种半导体元器件的总称。以前的所有芯片都使用纯化硅作为基本材料。处理器之类的一切都是由硅制成的。由于这种元素的物理性质稳定，可以用来制作芯片。而且硅的成本还很低，可以从沙子中提纯。
自半导体产业诞生以来，硅基芯片就占据了重要地位。然而，随着时间的推移和时代的发展，硅芯片也遇到了摩尔定律的物理极限。这也导致了硅材料无法前行，再创辉煌。所以现在很多 科技 公司都开始研发电子芯片、石墨烯芯片等技术，也纷纷用新材料替代硅基材料。
我国自从被美国打压后，就开始了自主研发芯片的道路。现在，中国元元量子公司是国内第一家研发和推广量子计算机应用的公司。
而且这家公司还和和诚合作建设了一个量子芯片实验室，这个实验室的主要目标是让我们能够在低温下完成集成芯片的设计。值得一提的是，中国科学技术大学博士是这家公司的创始团队成员。
而源源量子公司已经取得了量子突破。量子技术其实离我们的生活还挺近的，很多国家也在研究这个东西。我国在量子技术方面也取得了一些小成就。中国光子量子芯片诞生。消息一出，世界各国都震惊了。美国甚至厚着脸皮要求我们分享技术。
光量子芯片的成功研发从此宣告，西方国家对我国芯片领域的技术封锁时代一去不复返了，甚至世界顶级芯片制造公司的三纳米、五纳米芯片制造技术也一去不复返了。引以为豪的将变得毫无意义。这里可能有人会有疑问，这个光量子芯片到底是什么东西？为什么能摆脱芯片制造落后的局面？它与传统芯片有何不同？真的可以一举变道超车吗？
由于国外前沿技术的长期封锁，光刻机也成了我们的“心脏病”。尤其是在美国限制芯片出口之后，为了克服这个困难重重，全国都在绞尽脑汁想办法打破国外芯片技术的封锁，芯片制造有没有办法绕过光刻机？
就在大家不知所措的时候，一个振奋人心的消息出现了，那就是中科院团队研制出光子量子芯片。一旦光量子芯片量产，我们将彻底摆脱无核的困境，再也不用担心被别人卡住了。
因此，中国研究人员不得不另辟蹊径，最终将目光投向了量子技术领域。我国在这一领域一直处于世界领先水平。集成光量子芯片于2008年由英国科学家首次提出，立即在全球范围内掀起研究热潮。
光量子芯片一度被认为是进入量子时代的垫脚石。众多实力雄厚的高 科技 企业纷纷入局，都想抢先吃螃蟹，抢占未来高 科技 市场的先机。光量子芯片用光子代替传统芯片中的电子，完成光电信号的转换。
作为移动设备最核心的部件，它比传统芯片更稳定，同时性能更强大。你为什么这么说？要知道，传统芯片的性能主要取决于其上集成的晶体管数量。也就是说，晶体管越小，构成芯片的晶体管越多，其计算能力就越强。
不同的是，光量子芯片以光为载体来代替电，并通过微纳处理技术在芯片上集成了大量的光量子器件。因此，集成度和精度远高于前者。稳定性也会更好，性能是传统芯片无法比拟的。
如果未来光量子芯片量产，我们的科研人员将不再需要继续研发三纳米芯片，世界芯片领域也将开启一个新纪元。现在大家都处于5G大数据时代，但是5G互联网要求电脑有更高的性能和更低的消耗。
然而，传统芯片几乎无法满足这些需求，因为目前的主流芯片都是硅基芯片，由于摩尔的定律，已经到了物理极限，突破这个瓶颈非常困难，而光量子芯片可以解决这些问题。
光量子芯片以光为载体具有明显优势。比如专有信息的存储时间长，不容易被外界干扰，再加上稳定性高，量产后成本也会降低，所以如果成功了就换位具有决定性优势的光刻机。
要知道纯硅基芯片的物理极限是七纳米。当硅原子低于七纳米时，电子会漂移，晶体管会出现漏电问题。目前我国的光刻机只能达到28纳米，离世界还有一段距离。要达到最高水平还有很长的路要走。
虽然作为大型电子设备，对于日常使用来说已经足够了，但是对于手机这样的小型设备，就需要使用更高精度的芯片了。为了在有限的空间内获得更高的性能，必须使用更先进的芯片。生产过程。
看到这里，有人可能会问，为什么我国没有生产出一流的光刻机？首先，这比大家想象的要困难得多。仅制造一台光刻机所需的组件就超过 100,000 个。完全不可能说所有组件都不进口。甚至荷兰也来自世界各地。进口零件，但我们在这方面被国外封锁了。同时，我们也实现了与奥地利的第一次量子通话。随着科学技术的不断蓬勃发展，量子技术逐渐走进我们的日常生活，我国也开始进入量子通信领域。
中国之所以在量子领域取得如此巨大的成就，是中国科学家所有努力的结果，而在光量子芯片领域，我国将在不久的将来冲破一切障碍，成功实现大规模生产光量子芯片。我们相信，在即将到来的5G大数据时代，光量子芯片将在更多领域发挥巨大作用，一定是适应未来时代发展的最佳选择。
到那个时候，我们这些掌握了最新关键量子技术的人，再也不用担心自己的生命线被别人接管了。当然，我们不能因此而懈怠。虽然我国在光子领域取得了重大突破，但要实现量产还有很长的路要走，但相信在不久的将来，中国的心一定会照亮世界。
中国人没有核心的时代将永远成为 历史 。在此，我们要感谢千万科研工作者为祖国做出的贡献。中国 科技 之所以能够成为世界强国之一，每一个都发挥着不可磨灭的作用，你们用实际行动向世界展示了什么是中国真正的强国。
最后，让我们向这些默默无闻、为中华民族伟大复兴献身的 科技 工作者致以崇高的敬意。他们是祖国的骄傲，是中华民族的脊梁，是我们每个人学习的榜样。 你怎么认为？最后，我国未来也能够实现芯片自给自足，不再受制于人。今天猫头鹰 科技 的分享就到这里，欢迎大家留言讨论，我们下期再见。