2017年5月，世界首臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)在中國誕生。

【新發(fā)現(xiàn)】

5量子比特、10量子比特、50量子比特，一場激烈競逐正在量子計算領(lǐng)域上演。

量子計算全球競逐

2017年上半年，中國科學(xué)家發(fā)布世界首臺超越早期傳統(tǒng)計算機(jī)的光量子計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)10個超導(dǎo)量子比特糾纏，在操縱質(zhì)量上也是全球領(lǐng)先。2017年底，美國IBM公司宣布推出全球首款50量子比特的量子計算原型機(jī)。

從個位數(shù)到幾十量子比特的進(jìn)展，各國你追我趕，這到底是為什么?

傳統(tǒng)計算機(jī)的基本數(shù)據(jù)單位是比特，而量子計算機(jī)以量子比特衡量。有觀點(diǎn)認(rèn)為，如果量子計算機(jī)能有效操縱50個左右量子比特，能力即超過傳統(tǒng)計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了相對傳統(tǒng)計算機(jī)的“霸權(quán)”。這種“量子霸權(quán)”正是各科研機(jī)構(gòu)競相追逐的目標(biāo)。

近來，科技巨頭紛紛宣布重要進(jìn)展。除IBM的50量子比特計算機(jī)原型，英特爾也在1月份宣布研制49量子比特的測試芯片。但這些企業(yè)沒有發(fā)布詳細(xì)性能報告，用詞離不了“原型”和“測試”，更沒有宣稱已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

這是因為量子比特光有“數(shù)量”不夠，還得有“質(zhì)量”，即通過糾纏等方式操縱量子比特互相關(guān)聯(lián)，才能有效利用它們進(jìn)行量子計算。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊去年5月實(shí)現(xiàn)的10個超導(dǎo)量子比特糾纏，就是有“質(zhì)量”的量子比特，但離“量子霸權(quán)”還有相當(dāng)距離。

“很顯然，建造量子計算機(jī)現(xiàn)在是一個世界范圍內(nèi)的競賽。”美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森說。他認(rèn)為，未來一年左右將可能有人贏得“量子霸權(quán)”競賽。

我國潘建偉團(tuán)隊成果不斷

人類已進(jìn)入一個能看到量子計算機(jī)將要“出生”的時間段。中國科學(xué)院院士、量子計算專家、圖靈獎獲得者姚期智說，這是“最后一公里”，但也是一個非常艱難的過程。

業(yè)內(nèi)專家指出，量子計算需要克服環(huán)境噪聲、比特錯誤和實(shí)現(xiàn)可容錯的普適量子糾錯等一系列難題，真正量子計算機(jī)研發(fā)挑戰(zhàn)巨大。

為加速進(jìn)入量子計算機(jī)陣營，各國政府紛紛加大投入。歐盟在2016年宣布投入10億歐元支持量子計算研究，美國僅政府的投資即達(dá)每年3.5億美元。中國也在大力投入，目前正在籌建量子信息國家實(shí)驗室，一期總投資約70億元。

如果“量子霸權(quán)”實(shí)現(xiàn)，人類計算能力將迎來飛躍，接下來就會是在多個領(lǐng)域的推廣。一些行業(yè)巨頭已經(jīng)盯上了量子計算未來應(yīng)用：阿里巴巴建立了量子計算實(shí)驗室;中科院與阿里云合作發(fā)布量子計算云平臺;IBM也在去年宣布計劃建立業(yè)界首個商用通用量子計算平臺IBM Q，還與摩根大通等公司合作計劃在2021年前推出首個在金融領(lǐng)域的量子計算應(yīng)用。

更不用說在軍事、安全等敏感領(lǐng)域，量子計算一旦成熟，就可以攻破需要大量計算的傳統(tǒng)難題，比如密碼破解等。

“我相信量子技術(shù)在21世紀(jì)的重要性可與上個世紀(jì)的曼哈頓計劃相比。”著名量子科學(xué)家潘建偉院士說。也就是說，量子技術(shù)可能像曼哈頓計劃造出原子彈那樣改變世界格局。

潘建偉等中國科研人員正在不斷取得成果，在光與冷原子系統(tǒng)、超導(dǎo)系統(tǒng)等多種量子計算技術(shù)路線上同時發(fā)展，希望在未來10年，實(shí)現(xiàn)上百量子比特的糾纏。

潘建偉曾用“筍”來比喻中國量子計算領(lǐng)域的發(fā)展。因為筍尖剛長出來時進(jìn)展較為緩慢，一旦長起來便越來越快。他說中國的量子計算就如“春筍”，“我們的爆發(fā)式增長也已到了‘相變點(diǎn)’”。

(新媒體責(zé)編：wb001)