科技輿情分析研究所

量子計算機，有別于傳統(tǒng)的電子計算機，它必將是未來計算機的主流。量子計算的概念最早由美國物理學(xué)家費曼提出，認(rèn)為量子計算的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想象力，甚至算是“超能力”。與傳統(tǒng)的電子計算機不同的是，傳統(tǒng)的計算機的內(nèi)部由電子元器件組成，所以它的運算存在天花板，但量子本身就是一個量子系統(tǒng)，由多個處于量子狀態(tài)的粒子組成。用量子計算機模擬量子系統(tǒng)的過程，其實就是用量子系統(tǒng)去模擬另一個量子系統(tǒng)，其運算能力在理論上是沒有上限的。

目前谷歌、IBM、英特爾等世界級的科技巨頭都紛紛投身到量子計算機研發(fā)制造的行列之中來。在超導(dǎo)量子計算方面，我國的中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、Google量子人工智能實驗室、IBM被稱為全球頂尖量子科技研發(fā)制造機構(gòu)！

中國首款量子計算機上線發(fā)力

9月12日，本源量子公司發(fā)布了中國第一款量子計算機“悟源”，使用的核心硬件是6個量子比特的夸父芯片。

9月16日，IBM首次公布了其量子計算硬件的未來路線圖。目前該公司的量子處理器最高是65個量子比特，2021年計劃推出127個量子比特，2022年計劃推出433個量子比特，到2023年底爭取打造出超過1000個量子比特的芯片。

兩相對比，中國雖然明顯落后，但總歸是邁出了量子實用化的第一步。

2019年10月，谷歌發(fā)布了一款53量子比特的處理器，只用了短短200秒，就完成了經(jīng)典計算機需要10000年才能完成的計算量。

當(dāng)時，谷歌宣稱，基于自身的技術(shù)積累，谷歌已經(jīng)建立了“量子霸權(quán)”。

一個300位大數(shù)，利用萬億次經(jīng)典計算機分解，需要花費15萬年，而同等級別的量子計算機只需要1秒。

此前，瑞典皇家理工學(xué)院的MartinEkera和Google的CraigGidney利用量子計算機，在8小時內(nèi)就破解了世界上最安全的加密算法RSA-2048。

此事也就說明，在量子計算機強大的算力面前，任何密碼都將形同虛設(shè)。

2016年，IBM推出第一款量子計算云平臺；2019年，亞馬遜、微軟也相繼推出了量子計算云平臺。

目前，世界上最先進(jìn)的量子計算機是IBM的65個量子比特。此前，世界上真正能跟IBM掰掰手腕的量子計算云平臺，只有5家，但中國一家都沒有。

正是面對這種“量子霸權(quán)”，中國開始發(fā)力，或者說本源量子公司開始發(fā)力了。

本源量子公司成立于2017年，由中科大中科院量子信息重點實驗室的郭光燦院士和郭國平牽頭成立，旨在網(wǎng)羅量子計算領(lǐng)域人才，將量子計算推向產(chǎn)業(yè)化。

正是因為這股時不我待的緊迫感，本源量子只用3年就推出了中國首款量子計算機。

為了避免重蹈華為覆轍，量子計算機“悟源”的國產(chǎn)化程度非常高，目前唯一的“舶來品”就是外層制冷機，量子芯片需要借此在接近零度的低溫環(huán)境下工作。這項技術(shù)目前只被國外幾家公司壟斷，但國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)正在加緊研發(fā)，相信最早在明年即可實現(xiàn)完全國產(chǎn)化。

截至2019年底，本源量子已經(jīng)獲得了400多項專利，在全球量子計算發(fā)明排行榜上位列第12位。而本源量子也宣布：“2021年底，將會推出60比特的超導(dǎo)量子計算機?！?/p>

如此，我們中國人也可以在人類量子計算歷史上，寫下濃墨重彩的一筆。

量子計算機落地應(yīng)用挑戰(zhàn)多

進(jìn)步得益于近年來量子計算工程化的推進(jìn)。當(dāng)前，幾乎所有發(fā)達(dá)國家都把量子計算當(dāng)作未來技術(shù)制高點，國內(nèi)外知名的IT公司紛紛涉足量子計算。全球量子計算創(chuàng)業(yè)公司超過百家，2019年是量子計算發(fā)展高光的一年。量子計算機前景遠(yuǎn)大，但落地應(yīng)用長路漫漫。

“研發(fā)量子計算機，首先要足夠多的量子比特?！彬v訊量子實驗室高級研究員鄭亞銳解釋。理論上，自然界中一切有量子效應(yīng)的載體都可用作量子比特。鄭亞銳說，一般認(rèn)為量子比特數(shù)量要達(dá)到100萬個，量子計算機才能走向?qū)嵱谩？僧?dāng)下，工業(yè)界還沒有實現(xiàn)控制100個量子比特。

穩(wěn)定性是量子計算機落地應(yīng)用的另一個重要指標(biāo)，這就要求較長的相干時間，以及非常高的保真度。提高比特數(shù)量的同時，又不降低保真度是學(xué)術(shù)界聚焦的難題。

經(jīng)過長期探索，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)、離子阱、超冷原子、半導(dǎo)體量子點都能夠用于開發(fā)量子計算機。這些不同的體系，造就了量子計算機不同的技術(shù)實現(xiàn)路線?！懊恳粋€體系都有優(yōu)缺點?！北驹戳孔痈笨偛脧堓x說，半導(dǎo)體量子點路線操控方便，但相干時間很短；光學(xué)或者離子阱路線，相干時間長，但可擴展性相對差。

目前，多數(shù)開發(fā)者選擇的是超導(dǎo)和半導(dǎo)體兩條路線，兩者的工程化、工藝化也推進(jìn)較快。開發(fā)者希望借助先進(jìn)的半導(dǎo)體、集成電路工藝，在推進(jìn)量子計算機研發(fā)之時，還為未來量子計算機與經(jīng)典計算機的潛在融合埋下伏筆。

清華大學(xué)量子信息中心終身副教授金奇奐介紹說，近年來，學(xué)界對離子阱路線的基礎(chǔ)研究很多，但直到最近幾年，才開始有公司大規(guī)模開展離子阱量子計算機的研發(fā)。軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院研究員強曉剛認(rèn)為，集成光量子芯片技術(shù)，是實現(xiàn)大規(guī)?？蓪嵱没饬孔佑嬎阆到y(tǒng)的重要途徑。

從電子管到晶體管，再到集成電路，隨著材料和工藝的迭代，經(jīng)典計算機性能不斷提升?！耙源祟惐龋孔佑嬎氵€處在‘電子管的時代’。”張輝說，“也許某天人類突然發(fā)現(xiàn)一個完美材料，做出量子計算機就不再難了?！?/p>

這顯然不是一個人能夠完成的工作。鄭亞銳呼吁，目前起步階段，企業(yè)和科研院所應(yīng)該破除技術(shù)壁壘，過分強調(diào)技術(shù)保護(hù)不利于量子計算機開發(fā)。

未來應(yīng)用會從特定領(lǐng)域開始

量子計算機體積比常規(guī)計算機大數(shù)倍，并且只能進(jìn)行特定領(lǐng)域的計算，嚴(yán)苛的低溫運行環(huán)境以及千萬美元的價格（D-Wave1500萬美元售價）使普通個人用戶無法使用量子計算機。即便是較為廉價的量子云服務(wù)，作為領(lǐng)先時代的技術(shù)，相比經(jīng)典計算機并不能更好地滿足日常生活環(huán)境的大規(guī)模應(yīng)用，量子軟件的學(xué)習(xí)成本也抬高了使用門檻。因此，個人用戶尚不具備使用量子計算機的條件。

量子計算機想要達(dá)到商用水平需要經(jīng)歷三個階段，第一個階段就是研發(fā)原型機，這個階段基本上已經(jīng)結(jié)束。第二階段重點在于尋找專用級的芯片，用它來解決特定行業(yè)問題。第三階段就是發(fā)展出真正通用量子計算機，外國專業(yè)人士預(yù)測2030年這個市場的估值大約是20億美元，2050年極有可能市場估值暴增百倍。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為，對于量子計算元年的到來仍然無法精確預(yù)測，但可以想象的是生物醫(yī)藥、化工行業(yè)將在量子元年應(yīng)用市場中占據(jù)較大規(guī)模。隨著時間的推移，搜索、機器學(xué)習(xí)等市場占比將逐步擴大，成為量子計算應(yīng)用領(lǐng)域的主流。

量子計算機目前依舊停留在實驗室階段，雖然基礎(chǔ)理論已基本完善，可離產(chǎn)業(yè)化還有很長的路要走。