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。
一个数的负次方即为这个数的正次方的倒数。根据公式：a^-x=1/a^x 例：2的-1次方=1/2的一次方。1/2的-1次方=2的一次方。5的-2次方=1/5的二次方，1/5的-2次方=5的二次方。
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。
多年来，国际学界一直高度关注、期待这个里程碑式转折点到来。
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”。
“取名‘九章’，是为了纪念中国古代著名数学专著《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。
一个数的负几次方的计算方法：一个数的负几次方就是这个数的几次方的倒数。举例说明如下：（1）2的负1次方＝2的1次方分之一＝1／2 （2）3的负2次方＝3的2次方分之一＝1／9 （3）4的负2次方＝4的2次方分之一。
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。
4、分式乘方, 分子分母各自乘方。当幂的指数为负数时，称为“负指数幂”。正数a的-r次幂(r为任何正数)定义为a的r次幂的倒数。乘法运算法则：1、同底数幂相乘，底数不变，指数相加。即 (m，n都是正整数)。。
“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。
20年努力攻克三大技术难关
负次方就是这个数的某次方的倒数。如：5的-2次方 = 1 / 5的
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”。
一个数的负次方怎么算公式，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。
计算方法：一个数的负次方即为这个数的正次方的倒数。2的-1次方=1/2的一次方；1/2的-1次方=2的一次方；5的-2次方=1/5的二次方；1/5的-2次方=5的二次方。次方是什么意思 次方最基本的定义是：设a为某数，n。
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。
一个数的负次方即为这个数的正次方的倒数。10的负2次方=1/10的2次方=1/100=0.01 a^-x=1/a^x 例：2的-1次方=1/2的一次方。1/2的-1次方=2的一次方。5的-2次方=1/5的二次方，1/5的-2次方=5的二次。
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，推算下去将是天文数字。
“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。
“我对量子计算的前景非常乐观，世界上有很多聪明人在做这件事，包括我的中国同事们。”奥地利科学院院长、美国科学院院士安东·塞林格预测，很有可能有朝一日量子计算机会被广泛推广，“每个人都可以使用”。
