50量子比特的量子計算原型機“賽跑”，一場接近“突破點”的競逐

5量子比特、10量子比特、50量子比特，一場你追我趕、爭相領先的激烈競逐近年來正在量子計算領域上演。

傳統電腦要100年才能破解的難題，量子電腦可能僅需1秒，如此“洪荒之力”、酷炫前景各國豈能袖手旁觀？

去年底，美國IBM公司宣佈推出全球首款50量子比特的量子計算原型機，量子計算領域的競爭進入關鍵階段。

聰者聽於無聲，明者見於未形

當魔幻般的理論在現實中推動進步，各國的科研實力體現無疑。

在IBM公司宣佈成果的半年前，中國科學家已發佈世界首台超越早期傳統電腦的光量子電腦，實現10個超導量子比特糾纏，在操縱品質上也是全球領先。

從個位數到幾十量子比特的進展，各國你追我趕，這到底是為什麼？

從1970年到2005年，正如摩爾定律預測的一樣，每18個月積體電路上可容納的元器件數目約增加一倍，電腦的性能也相應提升近一倍。但2005年後這種趨勢就開始放緩，

極其微小的積體電路面臨散熱等問題考驗。

如果按這個趨勢繼續發展，當積體電路的尺寸接近原子級別的時候，電子的運動也不再遵守經典物理學規律，這個時候量子力學將起到主導作用。

上世紀80年代，科學家就已預言問題所在，並提出量子計算才是方向。這也不約而同成為各主要國家關注的焦點。

傳統電腦的基本資料單位是比特，而量子電腦以量子比特衡量。有觀點認為，如果量子電腦能有效操縱50個左右量子比特，能力即超過傳統電腦，實現了相對傳統電腦的“霸權”。這種“量子霸權”正是各科研機構競相追逐的目標。

近來，科技巨頭紛紛宣佈重要進展。除IBM的50量子比特電腦原型，英特爾也在1月份宣佈研製49量子比特的測試晶片。

但這些企業沒有發佈詳細性能報告，用詞離不了“原型”和“測試”，更沒有宣稱已經實現“量子霸權”。

這是因為量子比特光有“數量”不夠，還得有“品質”，即通過糾纏等方式操縱量子比特互相關聯，才能有效利用它們進行量子計算。中國科學技術大學潘建偉團隊去年5月實現的10個超導量子比特糾纏，就是有“品質”的量子比特，但離“量子霸權”還有相當距離。

“很顯然，建造量子電腦現在是一個世界範圍內的競賽。 ”美國德克薩斯大學奧斯丁分校量子資訊中心主任斯科特·阿倫森說。他認為，未來一年左右將可能有人贏得“量子霸權”競賽。

長風破浪會有時，直掛雲帆濟滄海

人類已進入一個能看到量子電腦將要“出生”的時間段。

中國科學院院士、量子計算專家、圖靈獎獲得者姚期智說，這是“最後一公里”，但也是一個非常艱難的過程。

業內專家指出，量子計算需要克服環境雜訊、比特錯誤和實現可容錯的普適量子糾錯等一系列難題，真正量子電腦研發挑戰巨大。

那麼量子計算到底魅力何在，讓全球都不願錯失良機？

起源於1900年普朗克所提理論的量子力學，描述了看似魔法的物理現象。在微觀尺度上，一個量子比特可以同時處於多個狀態，而不像傳統電腦中的比特只能處於0和1中的一種狀態。

這樣的一些特性，讓量子電腦的計算能力能遠超傳統電腦。美國穀歌公司等機構在2015年宣佈，它們的“D波”(D-Wave)量子模擬機對某些問題的求解速度已達到傳統電腦的1億倍。

雖然它並不被認為是真正的量子電腦，但量子計算的巨大潛力已經顯露。

為加速進入量子電腦陣營，各國政府紛紛加大投入。歐盟在2016年宣佈投入10億歐元支持量子計算研究，美國僅政府的投資即達每年3.5億美元。中國也在大力投入，目前正在籌建量子資訊國家實驗室，一期總投資約70億元。

如果“量子霸權”實現，人類計算能力將迎來飛躍，接下來就會是在多個領域的推廣。一些行業巨頭已經盯上了量子計算未來應用：阿裡巴巴建立了量子計算實驗室；中科院與阿裡雲合作發佈量子計算雲平臺；IBM也在去年宣佈計畫建立業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畫在2021年前推出首個在金融領域的量子計算應用。

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

“我相信量子技術在21世紀的重要性可與上個世紀的曼哈頓計畫相比。”著名量子科學家潘建偉院士說。也就是說，量子技術可能像曼哈頓計畫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、超導系統等多種量子計算技術路線上同時發展，希望在未來10年，實現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域的發展。因為筍尖剛長出來時進展較為緩慢，一旦長起來便越來越快。他說中國的量子計算就如“春筍”，“我們的爆發式增長也已到了‘相變點’”。新華網

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