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量子霸權(quán)爭(zhēng)奪從“量”轉(zhuǎn)向“質(zhì)”

新華社電 記者彭茜 張曉茹 近來(lái)，科技巨頭不斷刷新可操縱的量子比特?cái)?shù)量上限，“量子霸權(quán)”爭(zhēng)奪戰(zhàn)非但沒(méi)有塵埃落定，反而在激烈競(jìng)爭(zhēng)中更呈現(xiàn)百花齊放、百家爭(zhēng)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(shì)，通過(guò)不同技術(shù)路徑不斷實(shí)現(xiàn)對(duì)更多量子比特的操縱；過(guò)去一年來(lái)，中國(guó)阿里巴巴、騰訊和百度三大科技企業(yè)也相繼“入局”量子計(jì)算，彰顯新興市場(chǎng)的強(qiáng)大后勁。

此前業(yè)界認(rèn)為，若能有效操縱50個(gè)左右的量子比特，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力就能超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。然而隨著時(shí)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?cái)?shù)這個(gè)“量”的指標(biāo)，量子芯片的糾錯(cuò)能力、量子計(jì)算機(jī)處理實(shí)際問(wèn)題的能力等“質(zhì)”的問(wèn)題也許更重要。

放眼全球，量子計(jì)算的沙場(chǎng)上“群雄逐鹿”，短期難見(jiàn)分曉。

谷歌和IBM都致力于通過(guò)超導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，二者研發(fā)競(jìng)賽你追我趕。去年底，IBM宣布研發(fā)出50量子比特的量子計(jì)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(cuò)對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，這一處理器有望實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

中國(guó)量子計(jì)算研發(fā)雖是“小荷才露尖尖角”，但已顯示出迅猛發(fā)展勢(shì)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(duì)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(shuō)，這一成果證明谷歌提出將要達(dá)到“量子霸權(quán)”的計(jì)劃需要修改。

美國(guó)科羅拉多大學(xué)教授格雷梅·史密斯接受美國(guó)《連線》雜志采訪時(shí)曾說(shuō)，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(cuò)誤率仍然太高，“這表明我們不會(huì)很快看到‘量子霸權(quán)的實(shí)現(xiàn)”。

中國(guó)高校和科研機(jī)構(gòu)已有多年量子計(jì)算技術(shù)積累。去年5月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事陸朝陽(yáng)、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(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)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(gè)存儲(chǔ)單元的原子量子存儲(chǔ)器，這是量子計(jì)算機(jī)的重要部件，將量子存儲(chǔ)器容量的國(guó)際紀(jì)錄提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

施堯耘認(rèn)為，與中國(guó)不同，“‘美國(guó)隊(duì)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(lái)中國(guó)涌現(xiàn)出更多這樣的企業(yè)強(qiáng)手”。中國(guó)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(jì)算與自身技術(shù)布局的結(jié)合點(diǎn)。

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

盡管多數(shù)專家認(rèn)為量子計(jì)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(jì)算已顯示出強(qiáng)大的處理能力?？茖W(xué)家關(guān)于量子計(jì)算的理想正逐漸照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

目前，量子計(jì)算應(yīng)用潛力最大之處無(wú)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(jì)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(dòng)汽車電池的開(kāi)發(fā)。研究人員成功完成對(duì)氫化鋰和碳鏈等分子的模擬，最終目標(biāo)是希望通過(guò)量子計(jì)算機(jī)模擬動(dòng)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(jì)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(guò)恰當(dāng)?shù)夭捎昧孔铀惴?，同時(shí)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(jì)算性能。

據(jù)報(bào)道，微軟的拓?fù)淞孔佑?jì)算機(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(shí)間從一個(gè)月縮短到一天。

不過(guò)蘇托爾認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)也許不會(huì)取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，二者將“各司其職”，“未來(lái)可能不會(huì)人人都有一臺(tái)通用量子計(jì)算機(jī)，而是需要通過(guò)云和互聯(lián)網(wǎng)來(lái)完成量子計(jì)算”。