“九章”問世，量子計算機將深刻影響未來

張田勘

“九章”是否完全實用和通用，可以解決所有計算問題，還需要進一步驗證。但不可否認，“九章”的問世是一個巨大的鼓舞，未來可期。

當200秒遇上6億年，是什么概念？12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”，求解數學算法高斯玻色取樣只需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。

去年9月，谷歌公司推出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，實現了“量子優越性”。等效來看，“九章”的計算速度比“懸鈴木”快100億倍，并彌補了“懸鈴木”依賴樣本數量的技術漏洞。

“九章”的問世，意義是多方面的。首先當然是在計算機、IT和數學領域，如實現“量子計算優越性”（“量子霸權”），在某個特定問題上的計算能力遠超現有最強的傳統計算機。此外，它還可以通過量子計算機建立量子通信網絡和量子互聯網等。

其次，在實用性上，量子計算機有廣闊的空間和范圍，如密碼破譯、大數據優化、材料設計、藥物研發等，都可以獲得量子計算機的支持，從而解決重大的國計民生問題，并產生巨大的經濟價值。正如有科學家預言，量子計算機會被廣泛使用，甚至每個人都可以使用。

值得一提的是，它還與藥物研發息息相關。眼下，新冠肺炎肆虐全球一年，目前雖然已經有一些疫苗問世，但是藥物研發卻遙遙無期，原因之一就在于篩選藥物分子遭遇計算的瓶頸。傳統的以實驗篩選前期藥物分子，僅僅是搜索一個有效的藥物新靶點就需要篩選10萬個化合物，成功率在0.1%～0.01%之間。用計算機輔助進行新藥研發，其快速算法可以加快藥物的研究，從而將命中率提高到5%～20%，費用減少99.9%。如果運用量子計算機，只要其計算速度快過經典計算機100～1000倍，就有可能讓篩選藥物前期分子的效率提高到90%以上，費用也更為減少。

截至今年6月，新冠病毒能夠轉錄29種蛋白質，有16種非結構蛋白、4種結構蛋白和9種輔助蛋白。而且，新冠病毒入侵人體的受體蛋白除了ACE2之外，還有為數不少的蛋白在新冠病毒的吸附、侵入、脫殼、生物合成、組裝以及釋放等關鍵過程中扮演了關鍵角色。這些復雜的結構和特性，給藥物研發帶來了相當大的難度。可以預見，如果能將量子計算機的“神算”功力運用到這一領域，將會帶來怎樣的創舉。此外，量子計算機的快速運算還有平常卻廣泛的運用。例如，送貨車如何選擇最有效率的路線送貨，可以借助量子計算機的幫助。這也絕非“大材小用”。

當然，也要看到，與通用計算機相比，“九章”還只是“單項冠軍”。從實驗室走向廣闊的生活生產場景，還需要漫長的時間。更嚴謹如研究人員所評估的那樣，“九章”是否完全實用和通用，可以解決所有計算問題，還需要進一步驗證。但不可否認，“九章”的問世是一個巨大的鼓舞，未來可期。