位于美国田纳西州橡树岭国家实验室的超级计算机，根据世界排名，是功能最强大的超级计算机。

它的运行速度有多快呢？比第二的超级计算机计算速度的两倍还要强。

据说七台排名第二的超级计算机的运行速度加起来，都没有这排名第一的快。

（注：运算速度，不是四杯二十五度的水，倒在一起就可以变成一百度沸水的逻辑）

这台最强计算机叫Frontier，是首台突破每秒十亿次计算门槛的计算机。

它是由七十四个机柜组成，每一个机柜的重量就超过了三千六百公斤，可以容纳九千四百多个计算节点，每一个节点，都需要一个优化过的第三代AMD EPYC64核处理器处理。

如果是一个一般任务，会启动四个加速器，以及AI操作参与。

说这些如果还没有一个直观的感受的话，换一个角度来说，它的耗电量是二十一兆瓦。

如此高性能的计算机，用来解决一个超复杂的问题，比如高斯玻色的取样问题，需要花费二百亿年才能完成。

但同样的一个问题，放在2023年中国制作的九章三号面前，用时不到百万分之一秒就可以解决。

首次看到这个数据的时候，下巴掉地上了，这是人力可以做出来的事情？

咋想出来的？牛可以，但做的这么牛，是不是过分了？

那么今天就来聊一聊，有关这台计算机的一些事情。

九章三号其实就是一台量子计算机，那么量子计算机为什么具有如此强劲的计算能力呢？

要想回答好这个问题，就需要从一些基本的知识作为切入点来说。

在过去传统的计算机，进行计算的时候，用一个叫做比特的东西作为基本单元来计算的。

那么什么又是比特呢？

将这个问题简单化一点，可以将比特看做一个开关，这个开关的作用有两个，其一允许电力通过，其二阻拦电力通过。

这两个作用，最终会促成一个单元信息的产生——二进制信息单元。

而所谓的二进制，就是用零和一对数来进行描述，它的规则也简单，逢二进一，借一当二来使用。

它比十进制简单，但也因为简单，所以会将计算速度变的更快。

那么比特在断开时表示零，而在闭合时表示一。

有了这个知识点，再回头看看量子计算机中的最基本的数据处理单元。

在量子计算机中，这个作为最基本数据处理的单元，其实也是一个类似比特的开关，它被叫做量子比特。

比特和量子比特有相同之处，也是通过开和关这两个动作表示零和一的。

但不同之处，量子比特有量子叠加态的存在。

什么是量子叠加态呢？

简单的说在一个量子系统中，可以让多种量子态同时存在，所以在同一个时间点上，一个量子系统可以出现不同的量子态。

那么这种状态表现在量子比特中，就是在同一个时间点上，既会出现量子比特开的状态，也会出现量子比特关闭的状态。

形象一点就是，同一个时间点上，二进制传统计算机只会出现零或者一，而量子计算机会出现01、10、甚至是00、11的状态。

所以量子态让量子计算机出现了并行计算的能力，它至少可以做到是传统计算机两倍的计算能力。

但问题是一个量子计算机，不可能只有一个量子比特，所以随着同一时间参与计算的量子比特数量不断增多，那么量子计算机的计算能力，将会呈现一种指数级别的增长。

比如量子开关的数量增加到N个，那么因为量子叠加态的存在，就可以同时表示2N个状态，而传统计算机的比特同时只能表示一种状态。

这一下差距就出来了，量子计算一秒2N次计算，传统计算机只能完成一次计算。

所以世界最硬核的计算机就诞生了，毕竟量子计算机它就不讲道理，只要管够往上加量子比特，理论上量子计算机的运算速度几乎没有瓶颈了。

当然，量子计算机的运算速度确实厉害，但它也有局限性。

这个局限性，有两个条件所制约。

其一，这个问题的计算方法符合量子计算机叠加态的计算要求。

比如一道题，需要先计算加法，然后计算乘法，最后是除法，这个顺序不能混淆，必须先一步，后一步，再后一步的计算。

那么量子计算机的计算能力就体现不出来，与传统的计算机的计算能力是一样的。

所以量子计算机的恐怖计算能力，体现在这种计算的同时性，而计算的逻辑满足不了，就不行。

其二，同样的一个问题传统的计算机也可以进行计算。

也就是说传统计算机对一个计算无从下手，那么量子计算机就算是再有恐怖的计算能力，同样也无从下手。

这两个条件，必须同时满足，那么量子计算机的恐怖计算能力才能体现出来。

这就相当于加法和乘法的区别，乘法仅仅是加法中的一种特殊情况的简便运算，但乘法绝对代替不了加法的运算一样。

所以抛开一些特殊情况，量子计算机的恐怖运算能力，其实和传统计算机是差不多的。

任何事情的开始，都是由概念或者相对应的理论、问题的产生，才会有后来的成果。

量子计算机也是一样，在上个世纪八十年代初期，一位叫理查德.费曼的人，在一次演讲中，提到了这么两个有关量子的问题。

其一，计算机能否模拟量子系统？

如果这条问题的答案是是的话，那么就有了第二个问题。

其二，寻找相关的量子材料，能否模拟量子系统的计算机？

这两个问题发人深思，就像是一口古钟沉寂了多年，被人狠狠的敲响了。

为很多科学家指出了一条量子方面的研究方向。

于是一场计算机和量子相结合的领域诞生了，很多科学家投入其中。

在这场不断的摸索中，终于被科学家们摸到了命脉。

在进入到本世纪之后，这个方向被突破了，比如2013年出现的量子人工智能实验室，2017年的量子比特芯片等等。

不得不说，在量子领域中不有着先发优势的国家，就是美国，在相当长的一段时间里，美国的技术积累是最优的。

作为一个负责任的大国，中国也不可能在这方面落后于人，所以中国的科学技术大学成立了研究团队，由潘建伟带队，与中科院以及国家并行计算机工程技术中心进行合作，最终在2020年十二月四号，他们研发出了九章计算机。

这台九章计算机可以看做九章系列中的一号机，由七十六个光子构建出了量子计算机。

那么这台量子计算机的能力如何呢？

二百秒，六亿年。

什么意思呢？

处理五千万个高斯玻色取样问题，九章一号机用时二百秒，而在当时最快的超级计算机需要六亿年。

如果处理一百亿个该样本，九章一号需要的时间是十个小时，超级计算机就需要一千二百亿年。

澳大利亚昆士兰大学的一位教授在看了九章一号的性能，就说这项实验的各方面的计算已经超远了以前的水准。

中国科研人员对于九章一号的研发，可以说是从零开始的。

最初也只想着用二十个光子输入六十个模式干涉线路，结果成功的时候，可以做到将七十六个光子输入一百个模式的取样。

而最开始的高效率一百通道超导纳米线光子探测器的性能，只能做到4％的水准。

这个数据低的不能再低了。

结果当成功的时候，这个技术，不仅进行了自主研发和革新，性能更是提升到了98％的水准。

量子计算机虽然在计算方面有着限制，但在目前大数据高速发展的时代，每一年产生的数据，都是呈指数级的增长。

经过统计知道，几乎每过两年，数据就会翻上一番。

那么数据有了，但不从这些庞大的数据中提取有用的数据，收集到的数据也是无用的数据，没有任何的意义。

而利用量子计算机恐怖的计算能力，提取有用的数据，就成为了关键。

想想看九章一号在一分钟就可以完成超级计算机一亿年才能完成的任务，那么在面对庞大的数据处理，量子计算机是一个非常关键的设备。

量子计算机分了几个阶段？

现在量子计算机的发展被分了三个阶段。

其一，五十个到一百个量子比特的高精度专用量子计算机。

（使用五十个到一百个光子进行计算）

显然九章一号就是这个级别的，它算是启动量子计算机的一个里程碑，代表着跨入这个领域。

其二，可以控制几百个量子比特的量子计算机。（使用二百到一千个光子进行计算）

这个时候的量子计算机，就已经具备了处理超级计算机没有办法完成的具有重大使用价值的问题。

其三，这就步入到一万以上光子计算的行列，到时可以控制量子比特的数目会达到百万级。

这种量子计算机的容错量子逻辑会跨入一个门槛，达到可以编程的程度。

那么现在中国到了第几步了？

第二步。

在2023年十月份，九章三号问世，它可以对二百五十五个光子操控，计算能力是九章二号的一百万倍。

而九章二号是在2021年问世，控制一百一十三个光子。

相比之下，控制光子的能力九章三号是九章二号的一倍还多。

那么国外的情况如何呢？

美国作为具有先发优势的国家，如今差了很多，停留在控制五十九到八十五个光子的阶段。

所以他们的技术还没达到九章二号的程度。

据说当光子控制的数量达到一千个，那么对于质子的研究，将进入到新的篇章。

显然中国离拿到这张通行证不远了。