新華社聚焦量子計算：一場接近「突破點」的競逐
新華社北京1月22日電，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。
傳統計算機要100年才能破解的難題，量子計算機可能僅需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公司宣布推出全球首款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公司宣布成果的半年前，中國科學家已發布世界首台超越早期傳統計算機的光量子計算機，實現10個超導量子比特糾纏，在操縱質量上也是全球領先。
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個月集成電路上可容納的元器件數目約增加一倍，計算機的性能也相應提升近一倍。但2005年後這種趨勢就開始放緩，極其微小的集成電路面臨散熱等問題考驗。
如果按這個趨勢繼續發展，當集成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。
傳統計算機的基本數據單位是比特，而量子計算機以量子比特衡量。有觀點認為，如果量子計算機能有效操縱50個左右量子比特，能力即超過傳統計算機，實現了相對傳統計算機的「霸權」。這種「量子霸權」正是各科研機構競相追逐的目標。
近來，科技巨頭紛紛宣布重要進展。除IBM的50量子比特計算機原型，英特爾也在1月份宣布研製49量子比特的測試晶元。但這些企業沒有發布詳細性能報告，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「質量」，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「質量」的量子比特，但離「量子霸權」還有相當距離。
「很顯然，建造量子計算機現在是一個世界範圍內的競賽。」美國得克薩斯大學奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·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計算機將要「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，真正量子計算機研發挑戰巨大。
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，而不像傳統計算機中的比特只能處於0和1中的一種狀態。
這樣的一些特性，讓量子計算機的計算能力能遠超傳統計算機。美國谷歌公司等機構在2015年宣布，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計算機的1億倍。雖然它並不被認為是真正的量子計算機，但量子計算的巨大潛力已經顯露。
為加速進入量子計算機陣營，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：阿里巴巴建立了量子計算實驗室；中科院與阿里雲合作發布量子計算雲平台；IBM也在去年宣布計劃建立業界首個商用通用量子計算平台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劃相比。」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、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」，「我們的爆髮式增長也已到了『相變點』」。
（原題為《量子計算，一場接近「突破點」的競逐》）
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