中國科技里程碑:量子電腦、核聚變反應堆同日宣布實現突破

2020-12-07 16:13:33
五郎

評論員,關注戰略問題、軍事歷史、軍事裝備。

【香港輕新聞】12月4日,兩則具有里程碑意義的科技新聞由內地媒體報道出來,不過並未有引起廣泛關注。一是國際學術期刊《科學》發表了一份實驗成果,被取名為「九章」的中國量子電腦原型機早前在實驗性運算中取得突破,據稱運算速度是目前世界最快的超級電腦的一百萬億倍;二是新一代核聚變裝置——中國環流器二號M(HL-2M)在成都建成並實現首次放電。

量子電腦核心部分:光量子干涉儀(中科大圖片)

運算速度比Google量子電腦快100億倍

據《新華網》報道,12月4日,國際學術期刊《科學》發表了中國量子電腦的實驗成果,審稿人評價這是「一個最先進的實驗」及「一個重大成就」。

《科學》期刊網站上發布的關於該次「九章」量子電腦實驗成果報告(《科學》網站擷圖)

報道指,中國科學技術大學潘建偉團隊與中科院上海微系統與信息技術研究所、國家併行計算機工程技術研究所合作,成功構建由76個光子組成的量子電腦原型機「九章」,在實驗運算中,求解數學算法「高斯玻色取樣(Gaussian Boson Sampling)」,當求解5000萬個樣本時,「九章」量子電腦用了200秒時間解算。報道稱,如果由目前世界最快的超級電腦——日本的「富岳」作同樣的解算,需要6億年時間。

去年9月,Google研發出世界首台擁有53個量子位元(qubit)的量子電腦「懸鈴木(Sycamore)」,Google指,量子電腦能在200秒內,完成傳統超級電腦要1萬年才能完成的運算工作。在接受採訪時潘建偉團隊表示,雖然「九章」與「懸鈴本」的實驗不是解算同一個數學問題,但與最快的超級電腦等效比較的話,前者要比後者快100億倍。

相對於Goolge的量子電腦,「九章」還有二大優勢:其一是環境適應性,其二是彌補技術漏洞。「九章」除了探測部分需要零下269.12攝氏度的環境外,其他部分可以在室溫下運行,而「懸鈴木」整機則需在零下273.12攝氏度運行。此外,「懸鈴木」只有在小樣本的情況下快於超級電腦,而「九章」則在小樣本及大樣本上均快於超級電腦。

量子電腦原理與應用

有別於傳統電腦以「0」和「1」的位元(bit)組成數據,量子電腦使用量子位元(qubit)為運算單位。由於量子位元可以同時為「0」和「1」,再配合量子疊加(superposition)、量子纏結(entanglement)的量子力學原理,讓量子位元在運算過程互相疊加,形成更多組合,這種併行計算能力是目前傳統電腦無法比擬。

「九章」量子電腦原型機光路系統原理圖 :左上方激光系統產生高峰值功率飛秒脈衝; 左方25個光源通過參量下轉換過程產生50路單模壓縮態輸入到右方100模式光量子干涉網絡; 最後利用100個高效率超導單光子探測器對干涉儀輸出光量子態進行探測。(中科大圖片,製圖:陸朝陽,彭禮超)

潘建偉表示,量子電腦在原理上具有超快的併行計算能力,可望通過特定算法,在密碼破譯、大數據優化、天氣預報、材料設計、藥物分析等領域能提供比傳統電腦更強的算力支持。

潘建偉又指,中國量子電腦之所以取名「九章」,是為了紀念中國古代著名數學專著《九章算術》。

可控核聚變:解決人類能源問題

另據《中國科技網》援引中核集團的消息報道,12月4日14時02分,新一代「人造太陽」裝置——中國環流器二號M裝置(HL-2M)在成都建成並實現首次放電,標誌著中國自主掌握了大型先進托卡馬克裝置的設計、建造、運行技術,為中國核聚變堆的自主設計與工程建造打下堅實基礎。

中國環流器二號M裝置在成都建成並實現首次放電(中核集團圖片)

中國環流器二號M裝置是目前國內規模最大、參數最高的先進托卡馬克裝置,是中國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置,採用更先進的結構與控制方式,等離子體體積達到國內現有裝置2倍以上,等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上,等離子體離子溫度可達到1.5億度,能實現高密度、高比壓、高自舉電流運行,是實現我國核聚變能開發事業跨越式發展的重要依託裝置,也是中國消化吸收(國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)技術不可或缺的重要平台。

中核集團核工業西南物理研究院聚變科學所副所長鐘武律在接受採訪時指出,核聚變實際上是整個宇宙的能源,建造「人造太陽」也是為了通過核聚變反應持續穩定地輸出能量,最終解決人類的能源問題。

發佈於 文化生活
By 2020-12-07

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