量子计算机呼之欲出

    【新发现】

    5量子比特、10量子比特、50量子比特，一场激烈竞逐正在量子计算领域上演。

量子计算全球竞逐

    2017年上半年，中国科学家发布世界首台超越早期传统计算机的光量子计算机，实现10个超导量子比特纠缠，在操纵质量上也是全球领先。2017年底，美国IBM公司宣布推出全球首款50量子比特的量子计算原型机。

    从个位数到几十量子比特的进展，各国你追我赶，这到底是为什么？

    传统计算机的基本数据单位是比特，而量子计算机以量子比特衡量。有观点认为，如果量子计算机能有效操纵50个左右量子比特，能力即超过传统计算机，实现了相对传统计算机的“霸权”。这种“量子霸权”正是各科研机构竞相追逐的目标。

    近来，科技巨头纷纷宣布重要进展。除IBM的50量子比特计算机原型，英特尔也在1月份宣布研制49量子比特的测试芯片。但这些企业没有发布详细性能报告，用词离不了“原型”和“测试”，更没有宣称已经实现“量子霸权”。

    这是因为量子比特光有“数量”不够，还得有“质量”，即通过纠缠等方式操纵量子比特互相关联，才能有效利用它们进行量子计算。中国科学技术大学潘建伟团队去年5月实现的10个超导量子比特纠缠，就是有“质量”的量子比特，但离“量子霸权”还有相当距离。

    “很显然，建造量子计算机现在是一个世界范围内的竞赛。”美国得克萨斯大学奥斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿伦森说。他认为，未来一年左右将可能有人赢得“量子霸权”竞赛。

我国潘建伟团队成果不断

    人类已进入一个能看到量子计算机将要“出生”的时间段。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”，但也是一个非常艰难的过程。

    业内专家指出，量子计算需要克服环境噪声、比特错误和实现可容错的普适量子纠错等一系列难题，真正量子计算机研发挑战巨大。

    为加速进入量子计算机阵营，各国政府纷纷加大投入。欧盟在2016年宣布投入10亿欧元支持量子计算研究，美国仅政府的投资即达每年3.5亿美元。中国也在大力投入，目前正在筹建量子信息国家实验室，一期总投资约70亿元。

    如果“量子霸权”实现，人类计算能力将迎来飞跃，接下来就会是在多个领域的推广。一些行业巨头已经盯上了量子计算未来应用：阿里巴巴建立了量子计算实验室；中科院与阿里云合作发布量子计算云平台；IBM也在去年宣布计划建立业界首个商用通用量子计算平台IBM Q，还与摩根大通等公司合作计划在2021年前推出首个在金融领域的量子计算应用。

    更不用说在军事、安全等敏感领域，量子计算一旦成熟，就可以攻破需要大量计算的传统难题，比如密码破解等。

    “我相信量子技术在21世纪的重要性可与上个世纪的曼哈顿计划相比。”著名量子科学家潘建伟院士说。也就是说，量子技术可能像曼哈顿计划造出原子弹那样改变世界格局。

    潘建伟等中国科研人员正在不断取得成果，在光与冷原子系统、超导系统等多种量子计算技术路线上同时发展，希望在未来10年，实现上百量子比特的纠缠。

    潘建伟曾用“笋”来比喻中国量子计算领域的发展。因为笋尖刚长出来时进展较为缓慢，一旦长起来便越来越快。他说中国的量子计算就如“春笋”，“我们的爆发式增长也已到了‘相变点’”。

    （作者：杨骏 黄堃）