從“量”的比拼到“質(zhì)”的競賽——“量子霸權(quán)”爭奪戰(zhàn)新轉(zhuǎn)向

科技巨頭不斷刷新可操縱的量子比特數(shù)量上限，“量子霸權(quán)”爭奪戰(zhàn)非但沒有塵埃落定，反而在激烈競爭中更呈現(xiàn)百花齊放、百家爭鳴之態(tài)。

　　谷歌、ＩＢＭ、微軟、英特爾等歐美科技企業(yè)擁有先發(fā)優(yōu)勢，通過不同技術(shù)路徑不斷實(shí)現(xiàn)對更多量子比特的操縱；過去一年來，中國阿里巴巴、騰訊和百度三大科技企業(yè)也相繼“入局”量子計算，彰顯新興市場的強(qiáng)大后勁。

　　此前業(yè)界認(rèn)為，若能有效操縱５０個左右的量子比特，量子計算機(jī)的計算能力就能超過傳統(tǒng)計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。然而隨著時間推移，人們發(fā)現(xiàn)超越這一門檻還不足以實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。除了量子比特數(shù)這個“量”的指標(biāo)，量子芯片的糾錯能力、量子計算機(jī)處理實(shí)際問題的能力等“質(zhì)”的問題也許更重要。

　　歐美科技巨頭角力忙

　　放眼全球，量子計算的沙場上“群雄逐鹿”，短期尚難見分曉。

　　谷歌和ＩＢＭ都致力于通過超導(dǎo)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)量子計算，二者研發(fā)競賽你追我趕。去年底，ＩＢＭ宣布研發(fā)出５０量子比特的量子計算原型機(jī)；今年初，谷歌展示了最新研制的７２量子比特量子處理器“狐尾松”，并稱利用量子糾錯對其進(jìn)行了優(yōu)化，這一處理器有望實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

　　微軟則獨(dú)辟蹊徑，“押注”拓?fù)淞孔佑嬎�，認(rèn)為這一路徑不易受噪聲影響。去年科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)馬約拉納費(fèi)米子的存在證據(jù)，微軟希望它能成為一種更穩(wěn)定的量子信息編碼方式，計劃利用這種費(fèi)米子制備穩(wěn)定的量子比特。

　　英特爾也同時進(jìn)行超導(dǎo)量子計算和硅量子點(diǎn)研發(fā)，在２０１８年美國拉斯維加斯消費(fèi)電子展（ＣＥＳ）上發(fā)布了具有４９量子比特的超導(dǎo)量子測試芯片。

　�。桑拢拓�(fù)責(zé)量子戰(zhàn)略和生態(tài)的副總裁羅伯特·蘇托爾認(rèn)為，“量子霸權(quán)”這一概念本身并不具有太大意義，怎樣利用量子計算機(jī)幫助人類解決金融、物流、醫(yī)藥等行業(yè)實(shí)實(shí)在在的問題，才是量子計算真正的發(fā)展方向。

　　中國量子計算正當(dāng)時

　　中國量子計算研發(fā)雖是“小荷才露尖尖角”，但已顯示出迅猛發(fā)展勢頭。

　　今年５月，阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室宣布成功研制量子電路模擬器“太章”，率先成功模擬了８１比特４０層谷歌隨機(jī)量子電路，被視為對谷歌的一次直接挑戰(zhàn)。阿里云量子技術(shù)首席科學(xué)家施堯耘說，這一成果證明谷歌提出將要達(dá)到“量子霸權(quán)”的計劃需要修改。

　　美國科羅拉多大學(xué)教授格雷梅·史密斯接受美國《連線》雜志采訪時曾說，谷歌“狐尾松”似乎是目前能力最強(qiáng)的量子芯片，但阿里巴巴發(fā)現(xiàn)，其錯誤率仍然太高，“這表明我們不會很快看到‘量子霸權(quán)’的實(shí)現(xiàn)”。

　　中國高校和科研機(jī)構(gòu)已有多年量子計算技術(shù)積累。去年５月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組構(gòu)建了針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計算原型機(jī)。

　　清華大學(xué)量子信息中心段路明研究組也于去年宣布首次實(shí)現(xiàn)具有２２５個存儲單元的原子量子存儲器，這是量子計算機(jī)的重要部件，將量子存儲器容量的國際紀(jì)錄提高了一個數(shù)量級。

　　施堯耘認(rèn)為，與中國不同，“‘美國隊’帶頭的不是高校實(shí)驗(yàn)室，而是ＩＢＭ、英特爾、谷歌等大企業(yè)，希望未來中國涌現(xiàn)出更多這樣的企業(yè)強(qiáng)手”。中國的“企業(yè)軍團(tuán)”，如騰訊、百度也正在大規(guī)模招兵買馬，尋求量子計算與自身技術(shù)布局的結(jié)合點(diǎn)。

　　中國科學(xué)家近年來在量子信息技術(shù)上的突破，也將國內(nèi)對該領(lǐng)域的關(guān)注提升到了前所未有的高度。

　　當(dāng)量子計算照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

　　盡管多數(shù)專家認(rèn)為量子計算實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用還需十年以上，但在特定領(lǐng)域，量子計算已顯示出強(qiáng)大的處理能力�？茖W(xué)家關(guān)于量子計算的理想正逐漸照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

　　目前，量子計算應(yīng)用潛力最大之處無疑是量子模擬。模擬量子環(huán)境可大大加快新材料研發(fā)和新藥發(fā)現(xiàn)的速度。

　　比如，汽車生產(chǎn)商大眾就首次利用量子計算機(jī)成功模擬出工業(yè)領(lǐng)域相關(guān)分子，助益高性能電動汽車電池的開發(fā)。研究人員成功完成對氫化鋰和碳鏈等分子的模擬，最終目標(biāo)是希望通過量子計算機(jī)模擬動力電池的完整化學(xué)結(jié)構(gòu)，研發(fā)一種“定制化電池”。

　　而當(dāng)量子計算機(jī)與人工智能結(jié)合，能產(chǎn)生更加奇妙的“化學(xué)反應(yīng)”。清華大學(xué)物理系龍桂魯教授認(rèn)為，通過恰當(dāng)?shù)夭捎昧孔铀惴�，同時利用量子系統(tǒng)的疊加性和量子糾纏，可以優(yōu)化一些傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，大幅提高計算性能。

　　據(jù)報道，微軟的拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)就幫助人工智能研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)加快訓(xùn)練算法，把人工智能助理“小娜”的算法訓(xùn)練時間從一個月縮短到一天。

　　不過蘇托爾認(rèn)為，量子計算機(jī)也許不會取代傳統(tǒng)計算機(jī)，二者將“各司其職”，“未來可能不會出現(xiàn)人人都有一臺通用量子計算機(jī)的情況，而是需要通過云和互聯(lián)網(wǎng)來完成量子計算”。