量子计算：一场接近“突破点”的竞逐

新华社北京1月22日报道:量子计算竞赛接近“突破点”

新华社记者杨军黄昆

5个量子位、10个量子位、50个量子位，近年来在量子计算领域展开了一场相互追逐、争夺领先地位的激烈竞争。

传统的计算机将需要100年来解决这个难题。量子计算机可能只需要1秒钟。面对如此“前所未有的力量”和光明的前景，各国怎么能袖手旁观？

去年年底，IBM宣布推出世界上第一个50位量子计算原型，将量子计算领域的竞争推向了关键阶段。

听见的人沉默，明白的人看不见。

当神奇的理论在现实中推动进步时，各国的科学研究力量无疑得到了体现。

在IBM宣布其结果的六个月前，中国科学家发布了世界上第一台超越早期传统计算机的光量子计算机，实现了10个超导量子比特的纠缠，并在质量控制方面领先于世界。

从一位数到几十个量子位，各国都在相互追逐。这是为什么？

根据摩尔定律的预测，从1970年到2005年，集成电路上可容纳的元件数量每18个月翻一番，计算机的性能也相应翻一番。然而，这一趋势在2005年后开始放缓，极小的集成电路面临散热测试和其他问题。

如果这一趋势持续下去，当集成电路的尺寸接近原子水平时，电子的运动将不再遵循经典物理定律，而量子力学将在此时发挥主导作用。

20世纪80年代，科学家预测了这个问题，并提出量子计算是方向。这也成为所有主要国家关注的焦点。

传统计算机的基本数据单位是比特，而量子计算机是用量子比特来衡量的。有些人认为，如果量子计算机能有效地操纵大约50个量子位，他们的能力将超过传统计算机，他们将实现对传统计算机的“霸权”。这种“量子霸权”正是各种科研机构追求的目标。

最近，科技巨头宣布了重要进展。除了IBM的50位计算机原型，英特尔还在一月份宣布开发49位测试芯片。然而，这些企业没有发布详细的业绩报告。这些词不能与“原型”和“测试”分开，它们也没有声称实现了“量子霸权”。

这是因为量子位光的“数量”不够，还有“质量”，即量子位可以有效地用于量子计算，方法是通过纠缠和其他方式使它们相互关联。中国科技大学潘剑伟团队去年5月实现的10个超导量子比特的纠缠是一个具有“质量”的量子比特，但离“量子霸权”还很远。

"显然，制造量子计算机现在是一项世界性的竞争."奥斯汀德克萨斯大学量子信息中心主任斯科特·阿伦森说。他相信，在未来一年左右的时间里，有人可能会赢得“量子霸权”竞赛。

总有一天我会乘风破浪，然后扬帆远航。

人类已经进入了一个时期，他们可以看到量子计算机将会“诞生”。中国科学院院士、量子计算专家、图灵奖获得者姚期智说，这是“最后一公里”，但也是一个非常困难的过程。

行业专家指出，量子计算需要克服环境噪声、比特错误等一系列问题，实现容错的通用量子纠错。量子计算机研发的真正挑战是巨大的。

那么，让整个世界不愿错过这个机会的量子计算的魅力是什么呢？

量子力学起源于1900年的普朗克理论，描述了看起来像魔法的物理现象。在微观尺度上，一个量子位可以同时处于多种状态，不像传统的计算机，比特只能处于0和1状态之一。

这些特性使得量子计算机比传统计算机具有更大的计算能力。谷歌等美国机构在2015年宣布，他们的“D波”量子模拟器解决一些问题的速度比传统电脑快1亿倍。尽管它不被认为是一台真正的量子计算机，但量子计算的巨大潜力已经显露出来。

为了加快进入量子计算机阵营，各国*都增加了投资。欧盟在2016年宣布将投资10亿欧元支持量子计算研究，仅美国*每年就将投资3.5亿美元。中国也在大力投资，目前正准备建设量子信息国家实验室，第一阶段总投资约为70亿元人民币。

如果“量子霸权”得以实现，人类的计算能力将会飞跃发展，并在许多领域得到普及。一些行业巨头已经在关注量子计算的未来应用:阿里巴巴已经建立了一个量子计算实验室；中国科学院和阿里云合作推出量子计算云平台；去年，IBM还宣布计划建立IBM Q，这是业界第一个商业通用量子计算平台。它还计划与摩根大通和其他公司合作，到2021年在金融领域推出首个量子计算应用。

更不用说在军事和安全等敏感领域，量子计算一旦成熟，就可以突破需要大量计算的传统问题，比如密码破解。

“我相信量子技术在21世纪的重要性可以与上个世纪的曼哈顿计划相比。”著名量子科学家潘剑伟院士说。换句话说，随着曼哈顿计划制造原子弹，量子技术可能会改变世界。

潘剑伟等中国研究人员在光和冷原子系统、超导系统等多种量子计算技术路线上不断取得成就，同时也在不断发展。希望在未来10年内实现数百个量子位的纠缠。

潘剑伟用“竹笋”来描述量子计算在中国的发展。因为当芦笋嫩枝第一次长出时，生长过程相对缓慢，一旦它们长大，它们长得越来越快。他说，量子计算在中国迅速发展，“我们的爆炸式增长已经达到了“相变点”。

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