大国院士 第一千一百四十七章 一百万亿！6．7秒！

“这块量子芯片的量子比特（qubit）数量能够达到多少？”

量子比特（qubit），是量子计算的基本信息单元。

它利用量子力学的叠加和纠缠特性，实现远超经典比特的计算能力。

如果是放到传统的硅基与碳基芯片中，量子比特的性质类似于晶体管。

如果简单的理解的话，你甚至可以将一个量子比特直接看做一枚集体管。

只不过相对比传统芯片的晶体管只能处于0或1中的一种状态来说，量子比特：可同时处于0和1的叠加态。

它像一枚旋转的硬币，在测量前同时具有“正面”和“反面”的可能性，亦或者也可以看成薛定谔那只半死不活的猫。

而量子比特的数量，也决定了量子芯片的性能，这也是徐川最关心的。

听到这个问题，耿景龙咧嘴笑道：“您手中的一号实验产品目前集成了125个量子比特，这是第一代。”

“而我们已经在生产第二代实验产品了，目标是集成255个量子比特的芯片！”

微微停顿了一下，他的目光落在徐川手中的量子芯片上，继续说道。

“但重点并不是量子比特的数量，而是它的稳定！”

“相对比主流的超导量子芯片和光量子芯片，咱们的拓扑量子芯片的稳定性可谓是跨时代的产物！”

“传统的量子芯片极其容易受到外界的干扰，别说是什么像硅基芯片一样安装在电脑计算机上使用了，就是说句话都会打破里面的‘量子比特纠缠态’导致坍塌。”

“但咱们研发制备出来的这块拓扑量子芯片却完全不同，它已经能够满足正常环境的使用条件了！”

“这意味着量子计算机的商业化时代！”

“很快就要从我们手中诞生了！”

实验室中，耿景龙一脸兴奋的表情，满是激动和亢奋。

站在对面，手中捏着这块拓扑量子芯片的徐川脸上同样带着一丝兴奋的笑容。

是的！

正如耿景龙所说的，相对比量子比特的数量，他手中这块拓扑量子芯片的稳定性，才是商业化进程中最关键也是最基础的东西。

量子芯片的核心便是能够进行量子信息处理的量子比特。

一个单量子比特逻辑门操控和一个两量子比特受控非门可以组合任意一个普适量子逻辑门操控，而实现普适量子逻辑门操控是实现量子信息处理过程的最关键技术。

但量子比特的稳定性之前就提到过了，它的稳定性极差，极其容易受到外界的干扰。

别说是像传统的硅基芯片与碳基芯片一样家用了，就是你单独给它准备一个地下室用来存放，它都娇弱到会因为你用的墙壁水泥有微弱的辐射而坍塌死机。

更别提像现在这样拿在手中了。

对于量子芯片中的‘量子比特纠缠态’来说，人体是个巨大无比的辐射源，光是接触就能够让其稳定性坍缩。

事实上，对于极度敏感的量子芯片来说，就算是你为它准备一个无比安静的地下室，建筑材料也全都用无辐射或者很少辐射的材料，目前市面上的所有量子芯片中‘量子比特纠缠态’都撑不过三秒。

是的，无论是米国谷歌研发的凤凰超导量子计算机，还是华国华科院的九章光量子计算机，其核心的的量子芯片‘量子比特纠缠态’存在时间都才仅仅突破秒级而已。

或许有人会问，量子比特纠缠态，也就是量子比特退相干时间那么短，量子计算机还有用吗？

这里就需要了解一下量子计算机的计算原理了。

简单的来说，退相干时间指的是量子比特保持其量子态的时间，超过这个时间，量子比特就会因为环境干扰而失去量子信息，导致计算错误。

如果退相干时间很短，量子计算机在进行复杂计算时可能会频繁出错，这显然是个大问题。

就比如在早期的时候，量子退相干时间只有纳秒级，那么它通常只能完成纳秒级的步骤数运算。

而量子算法的设计通常追求深度（操作步骤数）最小化。

例如，Shor算法分解整数的时间复杂度为多项式级，所需操作步骤可能在当前退相干时间（微秒到毫秒级）内完成。

随着硬件优化（如门操作速度提升至纳秒级），复杂算法的可行性将进一步提高。

简单的来说，就是硬件不够，算法来凑。

当然，除了算法外，还可以通过极低温环境（接近绝对零度）和材料优化（如三维腔体设计），从而将退相干时间从纳秒提升至百微秒量级，甚至是秒级。

除此之外，退相干导致的逻辑量子比特坍塌失效也还可以通过量子纠错技术来进行优化等等。

所以尽管极短退相干时间限制了算法复杂性，但量子计算机在特定任务仍具有极大的用途。

比如允许一定误差的化学反应模拟、组合优化、数据分类等等领域中都展现出了巨大的潜力，并且已在实验室中验证完全可行。

如果能够提升量子退相干的时间，那么量子计算机则可以用于执行更为广泛的算法和指令，以至最终替代传统计算机。

而他们迈出的，便是这最为关键的一步！

当然，在解决了量子退相干的难题后，接下来最重要的便是提升量子比特的数量了。

正如传统硅基芯片一样，核心晶体管（量子比特）的数量越多，它的计算力便越强。

125个量子比特的量子芯片，尽管这个数字听上去远不如动辄数百亿晶体管的硅基芯片。

但一枚125个量子比特的量子芯片，计算力却远不是数百亿颗晶体能够相提并论的。

就比如2019年的时候，谷歌公司和加州大学发布了53比特“悬铃木”超导量子计算处理器，用200秒求解的随机线路采样问题需要超级计算机一万年时间求解。

而走同样路线，由中科大构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解。

根据目前公开的数据，“祖冲之二号”处理的量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快7个数量级，计算复杂度比谷歌公开报道的53比特超导量子计算原型机“悬铃木”提高了6个数量级。

尽管从目前的报道信息来看，针对量子计算机所进行的测试都是匹配的最适合的算法，也是最简单的算法类型，在高度复杂算法领域目前的量子计算技术还没有什么突破。

但计算的本质就是0和1组成的二进制数学，无论多么复杂的程序，多么复杂的算法，只要能够在计算机上运行，那么它便能够转变成量子芯片计算的规则。

而目前的量子芯片之所以难以进行高度复杂的算法领域，便是因为量子退相干时间与量子比特数量的限制原因导致的。

......

实验室中，徐川捏着手中的量子芯片，饶有兴趣的打量了解清楚这枚芯片的具体参数和情况后，看向了项目的负责人耿景龙，开口询问道。

“你们应该对这块芯片进行过测试吧，方便现在给我演示一下吗？”

耿景龙点了点头，笑道：“当然，请随我来。”

跟着耿景龙的脚步，两人来到了另一间实验室中。

明亮的实验室中，一台台的仪器设备整齐的摆在实验桌上。

走到电脑前，耿景龙开口介绍道。

“量子芯片测评指标主要包括量子比特布局、相干时间、保真度、量子比特数目、量子体积及每秒电路层操作数等等。”

“这些测试实验做起来会比较的麻烦，如果徐院士您想看的话，我建议您明天抽时间过来检查。”

“今天的话，我直接给您演示一下它的性能好了。”

闻言，徐川饶有兴趣的开口问道：“你打算怎么做？”

耿景龙咧嘴笑了笑，道：“两个方法。”

“第一个是传统超算与大模型的计算能力验证方法，计算圆周率π，不过考虑到时间的问题，所以我会将计算的数值限定到100万亿位。”

一边解释，耿景龙一边操控面前一台实验室用经过改装专门用来测试拓扑量子芯片的电脑。

“这台实验用的计算机，同样安置了一块255个量子比特的拓扑量子芯片，和您手中的芯片是同一种产品，接下来我将给您演示。”

说着，他操控电脑打开了一个软件窗口，在里面输入了单位，在确认没有错误后，他轻轻的敲下来enter键。

电脑显示屏上，就在他按下按钮的同一时间，预先设定好的程序直接开始了运行。

很快，计算结果就通过逻辑电路处理并输出的信号传达到显示屏上。

“计算完成！耗费时间6.721秒。”

看着屏幕上的文字，徐川愣了一下。

6.721秒，完成了一百万亿位圆周率的计算？

这么快？

“不到7秒钟就完成了计算？”

看着屏幕上的显示，即便是徐川脸上都带上了一丝惊讶和震撼的神色。

“是的。”

耿景龙笑着点点头，道：“不过这只是单纯的计算，并没有对计算出来的数据进行存储处理。”

“相信您比我更清楚，一百万亿位圆周率到底有多大，以目前的现有存储技术，将它完整的输入进硬盘保存起来都需要漫长的时间。”

“所以我们在计算程序中加入了参数，可以直接让计算的结果删除，相当于计算一位删除一位，不会保存在电脑中，只会反馈出最终的计算时间。”

“当然，如果有需要，我们也能够将计算出来的结果输入硬盘中存储起来。”

一百万亿圆周率若以AScII字符（1字节\/位）存储，理论需约100tb存储空间，而将100tb数据写入硬盘中，以目前的存储技术，哪怕是使用最先进的碳基存储芯片，也需要至少几个小时的时间。

所以在测试的时候为了方便，他们直接将写入存储过程取消了。

实验室中，徐川深吸了口气，脸上露出一丝震撼的情绪。

“即便是取消掉输入过程，仅仅不到7秒的时间就完成了一百万亿位圆周率的计算，这个速度也非常让人震撼了。”

“如果我没记错的话，米国那边之前有家公司计算105万位圆周率好像耗费了75天的时间？”

耿景龙点点头，笑道：“您说的应该是米国加州的Solidigm计算机存储公司。他们的确计算过105万位的圆周率，历时75天，利用了100万Gb数据，需要的计算能力与数十万部智能手机相当。”

徐川摇着头感慨道：“75天对比7秒，啧啧，这速度差距.....”

一天24小时，换算成秒是秒，而75天也就是秒，简单的换算一下，他们研发的这块量子计算芯片计算圆周率的速度接近后者的一百万亿倍了。

而且米国加州的Solidigm计算机存储公司计算圆周率动用的可不是普通的家用电脑，他们所用的是超级计算机。

也就是说，一块255量子比特的拓扑量子芯片，其性能是一座超算的百万倍。

当然，性能的换算严格的来说不能这样比较。

毕竟在圆周率π的计算这种主要目的并非实际需求，而是用于测试计算机性能，包括浮点运算能力、内存管理和并行处理效率的方面，量子芯片是有着天然优势的。

一座超算中心能够完成的任务量和各种复杂任务比单块的量子芯片很显然更加优秀。

但单单是这一项π数值计算效率，也足以见得他们最新研发出来的拓扑量子芯片的性能到底有多么的恐怖了！

......

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(本章完)