是的，你沒看錯，就是光子計(jì)算機(jī)！看到今天小編文章的標(biāo)題，你可能會很自然的產(chǎn)生一種疑惑：是不是小編寫錯字了，說好的量子計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在的沒有變成了光子計(jì)算機(jī)！這只能說是你孤陋寡聞了，既然他（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉院士團(tuán)隊(duì)，正式發(fā)布在2023年世界計(jì)算機(jī)大會上的255個光子計(jì)算機(jī)）能比目前世界上運(yùn)算速度最快的超級計(jì)算機(jī)比美國現(xiàn)代排名世界第一的超級計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度還要快10,000,000億倍，那肯定就不是一般的東西，甚至連量子計(jì)算機(jī)也比不上，不過前面這段話說的并不是完全準(zhǔn)確，因?yàn)楫吘菇裉煳覀円榻B的光子計(jì)算機(jī)實(shí)際上也是量子計(jì)算機(jī)的一個分支，或者換句話來講，我們也可以把光子計(jì)算機(jī)稱為是量子計(jì)算機(jī)的一種，只不過是其具有的比量子計(jì)算機(jī)更大的優(yōu)勢而不得不今天拿出來專門和大家說而已！！

說到今天要講的光子計(jì)算機(jī)，我們又不得不從上個世紀(jì)90年代中期，美國著名物理學(xué)家根據(jù)離子阱技術(shù)提出的量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)理念，并在此后數(shù)10年的時間里面成為了量子計(jì)算模態(tài)及路徑的最為重要的實(shí)踐載體。而自1995年之后，類似的量子計(jì)算的物理路徑，如光子系統(tǒng)和超導(dǎo)電路等也應(yīng)運(yùn)而生并取得了長足的進(jìn)展，量子計(jì)算理論路徑的拓展與進(jìn)步更是推動了量子計(jì)算在科學(xué)技術(shù)應(yīng)用上的進(jìn)步，并因之產(chǎn)生了大量的先進(jìn)的技術(shù)體系。具體來講，在量子計(jì)算領(lǐng)域，美國霍尼韋爾公司提出的離子阱方案；非常著名的硅量子支點(diǎn)系統(tǒng)是由澳大利亞著名科學(xué)家團(tuán)隊(duì)西蒙斯團(tuán)隊(duì)提出；拓?fù)淞孔颖忍兀ㄕ堊⒁膺@里的比特與比特幣毫無聯(lián)系）方案是由美國著名的科技集團(tuán)公司微軟研發(fā)出來的；一時間各類研究方法如雨后春筍般冒了出來，呈現(xiàn)了百花齊放的量子計(jì)算領(lǐng)域研究的新格局。這樣的狀況無疑說明了量子計(jì)算在當(dāng)今世界計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中所具有的，舉足輕重的地位和未來無限的前景的看好。

在百家爭鳴式的量子計(jì)算實(shí)施方案中，光子計(jì)算機(jī)，作為一類通過光子來進(jìn)行計(jì)算的方法，顯然具有比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的優(yōu)越性，且穩(wěn)定性更高。而2023年世界計(jì)算機(jī)大會中，潘建偉院士團(tuán)隊(duì)攜255個光子計(jì)算機(jī)成果的發(fā)布，簡單來講，就是把255個光子共同排列式分布在同一顆光子芯片上，然后再將這255個。光子有機(jī)的結(jié)合在一起，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了光子比特效應(yīng)。通過這種方式建構(gòu)起來的光子比特，可以毫不費(fèi)力的穿越長達(dá)17,000米的距離進(jìn)而形成系統(tǒng)之一部，然后再通過紛繁復(fù)雜的調(diào)試和測試工作，最終達(dá)到255個光子之間相互的作用和反饋，這樣的光子計(jì)算機(jī)顯然是極其復(fù)雜的系統(tǒng)集成。光子計(jì)算機(jī)以其超高的計(jì)算速度，可以說是甩目前傳統(tǒng)的超級計(jì)算機(jī)計(jì)算速度一千萬億條街，因此具有著極為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和空間，是世界各國高科技領(lǐng)域，爭奪的最熱點(diǎn)的區(qū)域之一。

比如：一是基于國防安全的軍事用途和國家國防建設(shè)領(lǐng)域，利用光子計(jì)算機(jī)計(jì)算速度之快的優(yōu)勢，最先可以應(yīng)用在密碼的顏值方面，通過光子計(jì)算機(jī)設(shè)置的密碼體系，可以進(jìn)一步提升當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境形勢堪憂下的密碼安全保障性的水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軍事機(jī)密的安全快捷有效傳遞，徹底解決相關(guān)軍事情報(bào)傳遞中泄露的風(fēng)險(xiǎn)。二是在生物醫(yī)藥和醫(yī)療領(lǐng)域，通過光子計(jì)算機(jī)超強(qiáng)的計(jì)算分析能力，可以對相關(guān)的影像學(xué)和醫(yī)療病癥的大量臨床數(shù)據(jù)集中分析，推演，判斷未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的趨勢和人體細(xì)胞變化的趨勢，進(jìn)而預(yù)防疾病的發(fā)生。不僅能夠極大的提高醫(yī)學(xué)診斷的精確度，還能夠跟蹤試驗(yàn)各類藥物的研究以及治療效果的評測，為人類長生不老的夢想提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。第三就是在模擬飛行器相關(guān)的高超音速航空航天領(lǐng)域，通過光子計(jì)算機(jī)進(jìn)行飛行模態(tài)的檢測和驗(yàn)證，可以對相關(guān)飛行器各試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行不同環(huán)境條件下的模擬和分析。同時如果應(yīng)用在民用航空領(lǐng)域，還可以強(qiáng)化對航班在不同天氣環(huán)境下的智能化管理。

光子計(jì)算機(jī)計(jì)算速度之快、應(yīng)用之廣是顯而易見的，意義也是重大的，但是研究光的計(jì)算機(jī)絕不是一件容易的事情，各類光學(xué)器件以及激光設(shè)備的復(fù)雜的大慶與構(gòu)造以及信噪比的精確控制是最為核心的內(nèi)容。而中國之所以能夠研制成功，與潘建偉領(lǐng)銜的院士團(tuán)隊(duì)密不可分，這其中也凝結(jié)著該團(tuán)隊(duì)長達(dá)三年時間的努力與付出，毫不夸張的說，他們堅(jiān)韌不拔的精神創(chuàng)造了新的人間奇跡。從潘建偉院士團(tuán)隊(duì)，在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域持續(xù)不斷突破，再到2020年開始進(jìn)入光子計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域，直到今年不到三年的時間里邊。他們創(chuàng)造了一個空前但不一定絕后的奇跡：全球第1個255個光子計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度超過了超級計(jì)算機(jī)這是毋庸置疑的，超過了多少呢？10,000,000億倍，這當(dāng)然是一個巨大的飛躍，也是潘建偉院士團(tuán)隊(duì)一個舉是矚目的成就奠定了中國的量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新的領(lǐng)導(dǎo)地位。

我們知道量子計(jì)算機(jī)是在計(jì)算領(lǐng)域的一個徹底的堅(jiān)決的計(jì)算革命，理論來源于量子力學(xué)原理，與傳統(tǒng)的超級計(jì)算機(jī)計(jì)算速度相比速度呈幾何級數(shù)的增長，而光子計(jì)算機(jī)作為量子計(jì)算機(jī)中目前最為耀眼的一顆新星，利用光子作為量子比特進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，在此前美國人澳大利亞人都研究出了10億次計(jì)算速度的光子計(jì)算機(jī)，但是255個量子比特的光子計(jì)算機(jī)卻是世界上最大的光子計(jì)算機(jī)，未來一定能夠大大加快量子計(jì)算在商業(yè)化市場場景和領(lǐng)域下的實(shí)際應(yīng)用。大家都知道潘建偉院士團(tuán)隊(duì)在此前就研制出了全世界第1顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，也就是我們所說的墨子號；此后又建設(shè)成功了，長達(dá)1000多公里的京滬干線量子保密通信骨干網(wǎng)，同時他也是國際上第1條超長度的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)；還曾在全世界第1個搭建了地空一體化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的圖形，依靠著這三項(xiàng)研究成果，將中國在量子計(jì)算領(lǐng)域的研究帶到了前所未有的世界領(lǐng)先地位，一舉幫助中國成為世界領(lǐng)先的量子計(jì)算超級大國。

而第1臺量子計(jì)算機(jī)神舟1號早都已經(jīng)建成，并進(jìn)行了初步的商業(yè)應(yīng)用；2023年的3月份又研究出了全世界第1臺超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，也就是我們所說的神舟13號；目前正在研究全世界第1顆中高軌道的量子衛(wèi)星，一旦研制成功，將打破目前全世界，在量子通信領(lǐng)域只能發(fā)射近地軌道衛(wèi)星的記錄，在中國迅速構(gòu)建天空地海一體化的量子領(lǐng)域中寫下濃墨重彩的一筆。在可以預(yù)見的將來，中國僵尸世界上第1個投入量子計(jì)算機(jī)全面商業(yè)化運(yùn)營的國家，當(dāng)然這個時間并不一定會像我們期望的那樣來的那么快，最早可能在10年到15年內(nèi)，當(dāng)然按照目前正常的研究進(jìn)度和世界各國研制進(jìn)展來看，其他國家的研究進(jìn)度肯定比我們要慢，中國必將在量子計(jì)算領(lǐng)域持續(xù)領(lǐng)跑世界！

當(dāng)然可能有的小伙伴會說在去年的11月上旬，英國的一家媒體就報(bào)道了美國 IBM集團(tuán)已經(jīng)見證了實(shí)現(xiàn)了包含433個量子比特的全球最大量子計(jì)算機(jī)的誕生，當(dāng)然從數(shù)量上來講，好像是IBM制造的量子計(jì)算機(jī)更先進(jìn)一點(diǎn)。但事實(shí)并非這樣，因?yàn)槲覀兊牧孔佑?jì)算機(jī)是光子計(jì)算機(jī)，這其中是有著本質(zhì)的區(qū)別的。據(jù)去年11月9號，英國新科學(xué)家雜志公布的消息顯示美國IBM，osprey也就是魚鷹計(jì)算機(jī)。包含433個量子比特，邊再一次打破了其此前創(chuàng)造的127個量子比特計(jì)算機(jī)的記錄。同時是美國谷歌公司53的比特?？四?jì)算機(jī)的8倍多，單純在數(shù)量上的進(jìn)步并不能說明什么，因?yàn)榻刂聊壳叭藗冊诹孔佑?jì)算機(jī)，但知道路徑上還存在著極大的分歧，比如說前面所提到的谷歌和IBM他們將量子比特建立在電路的基礎(chǔ)之上，未來要依靠絕佳導(dǎo)電的超導(dǎo)體材料作為保障，而這種材料又極難找到；另外更多的人的路徑，主要是希望通過運(yùn)用極為強(qiáng)大的原子光鏈子粒子，以及帶電原子等的裝置，進(jìn)行建造和推廣應(yīng)用。

而前文提到的魚鷹量子計(jì)算機(jī)是把芯片連接到傳統(tǒng)電的裝置上，建控制器所操縱的量子比特，相關(guān)的系統(tǒng)連接也需要專門的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)量子比特的精確調(diào)控。然而超導(dǎo)線只能在接近絕對零度的條件下才具有超導(dǎo)性能，可愛這個量子計(jì)算機(jī)的保存方面也是有一個特定的冰箱制成的，而保持所有導(dǎo)線的溫度在絕對零度左右就成了一個極難完成且又必須完成的任務(wù)，當(dāng)然今年6月份，美國又宣稱自己在常溫超導(dǎo)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破，但是現(xiàn)有證據(jù)還并沒有直接證明與量子計(jì)算機(jī)的研究有直接聯(lián)系。而量子計(jì)算無論再難，都必須走下去，全世界這都是共識。人們之所以對量子計(jì)算機(jī)有主復(fù)雜的熱情，從其原理上來講是這樣的，量子比特由于量子力學(xué)自身具有的奇異特性能夠同時代表0、1和01、10的組合，因此其與目前的傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)相比其各類復(fù)雜異常的運(yùn)算，就成了小兒科。

比如利用量子計(jì)算機(jī)，我們在研究生物學(xué)亞原子的特定條件下可以模擬相關(guān)化學(xué)反應(yīng)。在這方面我們前文提到的谷歌公司推出的希沃克量子計(jì)算機(jī)在2019年正式面試，當(dāng)時谷歌公司驕傲的宣稱，該計(jì)算機(jī)能夠完成一系列由傳統(tǒng)的超級計(jì)算機(jī)所不可能完成的任務(wù)，隨后，其量子霸權(quán)又受到來自本國IBM以及世界各國的多次重大的挑戰(zhàn)。魚鷹量子計(jì)算機(jī)就是其中重要的一個，就其計(jì)算存儲的數(shù)量和狀態(tài)來講，一臺傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)得要有比已知目前宇宙中所有的原子數(shù)量之和還要多的比特?cái)?shù)，才能趕上魚鷹量的計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度和效果。不可想象吧？而綱為重要的意義在于正如戴爾所說魚鷹量子計(jì)算機(jī)的制造，在一定程度上證明或者告訴了我們到底人類能夠制造出多先進(jìn)的量子芯片，這一探索意義深遠(yuǎn)：最終的結(jié)果是我們驚奇的發(fā)現(xiàn)，確實(shí)可以把400個以上的量子比特集成的一塊芯片上各負(fù)其責(zé)的完成奇妙的任務(wù)。遇到的瓶頸性的關(guān)鍵問題就是超導(dǎo)材料以及降噪兩大攔路虎。

關(guān)于降噪問題的提出，主要是物理學(xué)家普遍認(rèn)為。量子比特跟著時間的變化，自身的量子特性會減弱乃至相師，這樣的話量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算的過程中就會出現(xiàn)錯誤，因此產(chǎn)生不和諧的雜音，如何保證計(jì)算的精確性，也就是消除噪音，就是IBM魚鷹量的計(jì)算機(jī)所要面臨并且積累克服的一個核心問題。但是更為讓人充滿期待的是，IBM集團(tuán)相關(guān)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)更是提出了在2023年也就是今年前制造一臺超過1121個量子比特的量子計(jì)算機(jī)，濱江還會配套開發(fā)一種更小的芯片，用來測試新的量子比特連接和排列的方式，以減少計(jì)算錯誤降低噪聲。一旦研制成功量子計(jì)算機(jī)，在密碼解鎖方面就會獨(dú)步全球，一切密碼技術(shù)--傳統(tǒng)的密碼技術(shù)在量子計(jì)算機(jī)的面前都會成為透視眼，因?yàn)樗捎昧送ㄟ^量子算法操控量子比特實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算的一種裝備，它通過并行的運(yùn)算方法，實(shí)際上就相當(dāng)于并聯(lián)了極高數(shù)量的電子計(jì)算機(jī)，同時進(jìn)行并行的數(shù)學(xué)運(yùn)算，而2019年12月9日發(fā)布的谷歌墨西克量子的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度比傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)芯片上運(yùn)行的速度模擬裝置就超過1億倍。

當(dāng)然此類量子計(jì)算機(jī)，與光子計(jì)算機(jī)相比又是小巫見大巫了，我們不妨做一個簡單的，比較潘建偉院士所制造出來的255個光子計(jì)算機(jī)，比谷歌量子計(jì)算機(jī)，又快1000 萬倍。除此之外將來超高性能的計(jì)算機(jī)還有以下幾個研究方向：比如生物計(jì)算機(jī)；超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，納米計(jì)算機(jī)和化學(xué)計(jì)算機(jī)的，雖然這些計(jì)算機(jī)都處于探索試驗(yàn)的階段，但是只有想不到，沒有做不到科技進(jìn)步，永無止境，未來沒準(zhǔn)兒哪一天上述幾種新類型的計(jì)算機(jī)也可能一躍而成為奇跡，再次引領(lǐng)計(jì)算風(fēng)騷，未來的密碼破譯，戰(zhàn)場形勢模擬，尖端武器的研究與制造，甚至是戰(zhàn)爭的發(fā)起，以及防空反導(dǎo)，情報(bào)分析等各個方面都將借助超級計(jì)算機(jī)，甚至是光子量的計(jì)算機(jī)等最新的運(yùn)算手段實(shí)現(xiàn)全新的突破，服務(wù)于國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等各個領(lǐng)域！

全球各國在超級計(jì)算機(jī)方面的競爭日趨白熱化，比如中國的太湖之光等一系列超級計(jì)算機(jī)連續(xù)多年在全球超級計(jì)算領(lǐng)域霸榜，但是隨著美國的超級計(jì)算領(lǐng)域，近兩年的發(fā)力，并持續(xù)奪得第一的位置（美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室超級計(jì)算機(jī)frontier獲得2022年世界第1位），日本富士通和芬蘭。 L mi超級計(jì)算機(jī)分列第二第3名，中國的太湖之光暫居第6位，雖然成績也不錯，但是還需要進(jìn)一步努力！而潘建偉院士團(tuán)隊(duì)，研發(fā)的光子計(jì)算機(jī)終于幫中國扳回了一局，甚至為中國在全球量子計(jì)算領(lǐng)域中開辟新賽道，創(chuàng)造新引領(lǐng)，提供了重要的保障，增強(qiáng)了信心，為我們彎道超車，在量子計(jì)算領(lǐng)域繼續(xù)保持世界領(lǐng)先地位，先鞏固我們的在超級計(jì)算領(lǐng)域的優(yōu)勢地位，穩(wěn)穩(wěn)抓牢世界，科技發(fā)展最前沿，具有深遠(yuǎn)的影響！

中國，中國人的智慧，中國人的堅(jiān)持，一切艱難險(xiǎn)阻都會為中國人創(chuàng)造歷史，贏得世界的努力而讓路，讓我們拭目以待吧！