量子計算機真的來了嗎？

王闖+呂堯

近年來，谷歌、IBM、微軟等IT 巨頭不斷加大對量子計算機的投入力度，并在商業層面發布了一系列成果，引發了社會各界的廣泛關注。盡管各相關方對量子計算機的研發路線仍有分歧，對其何時能夠實用并走向產業化也無定論，但無論如何，作為一種顛覆性技術，量子計算機技術的問世必將對國家安全、產業安全和網絡安全產生重大影響。

賽迪智庫網絡空間研究所認為，量子計算機的成熟和大規模應用還需要相當長的時間，但我們必須著眼未來，做好以下工作：持續跟蹤和支持量子計算機研究，推動形成商業化量子計算機研究機制，積極應對專用量子計算機沖擊。

量子計算機研究進展顯著

量子計算機是基于量子力學的疊加原理和量子糾纏等性質來進行數據計算的計算機，在密碼學、科學模擬、大數據處理等領域，具有傳統計算機無法比擬的優勢。

歐美科學界和企業界不斷加大投入，并有了重大進展。一是研究機構與企業投入力度不斷加大。微軟研究院2012年成立了量子體系結構與計算研究組；谷歌公司與美國國家航空航天局（NASA）于2013 年聯合成立了量子人工智能實驗室。此外，歐盟2016年4月宣布，將于2018年啟動總額10億歐元的量子技術項目；澳大利亞政府2016 年4 月宣布，將在澳大利亞量子計算與通信技術中心成立量子計算實驗室，進一步加大對半導體硅基量子芯片等研究的集中投入。

二是取得了一系列重大突破。在量子芯片方面，加州大學圣塔芭芭拉分校實現了9量子比特的超導量子芯片，新南威爾士大學實現了2量子比特的硅基半導體量子芯片，牛津大學實現了5量子比特的離子阱量子芯片。

在量子計算機方面，谷歌于2015年推出了聲稱比其它計算機快1億倍的量子退火機D-Wave；IBM于2016年5月發布了5超導量子比特的量子計算機，谷歌和西班牙巴斯克大學于2016 年6 月公布了具有9超導量子比特的模擬量子計算機，馬里蘭大學與美國國家標準與技術研究院于2016年8月發布了5個量子比特的可編程量子計算機。

目前我國在量子計算領域部分研究成果已達到國際一流水平，但總體上基礎較為薄弱，與歐美等國家和地區仍有一定差距。

量子計算機距離可用仍有較大距離

雖然在研究方面取得了較大進展，但量子計算機在理論層面和物理實現方面均面臨諸多難題，距離可用仍有很長的路要走。

在理論層面，量子計算機需要特定的量子算法才能發揮強大性能，但并不是所有的計算都可以用量子算法加速，類似Shor算法（用于大數質因子分解）和Grover 算法（用于無序數據庫搜索）等完全超越傳統算法的仍較少。

在物理實現層面，科學家普遍認為，可用的量子計算機至少應具有幾十個以上的量子比特、比特邏輯門的保真度達到99%，以及操作速度和退相干時間在合理范圍，但目前國際最先進的水平都未達到這一要求。與此同時，量子比特非常脆弱，外界任何微弱的環境變化都可能對其造成破壞性影響，量子計算機的核心部件通常處于比太空更加寒冷的密封極低溫環境中。

量子計算機的應用將產生巨大影響

一、量子計算機將影響國際政治格局。量子計算技術關系到一個國家未來的基礎計算能力，擁有了這種能力才可能迅速建立起全方位的戰略優勢，引領量子信息時代的國際發展。

二、量子計算機將顛覆IT產業格局。一方面，作為現代計算機的顛覆者，未來量子計算機會像傳統計算機一樣形成龐大的技術產業鏈，為信息和材料等科學技術的發展開辟廣闊空間，帶動包括材料、信息、技術、能源在內的一大批產業實現飛躍式發展。另一方面，量子計算機技術也為IT產業各參與方提供了彎道超車的機會。

三、量子計算機將首先從專用領域取得突破。根據現有研發情況，量子計算機將首先在密碼、人工智能等專用領域出現，并產生顛覆性影響。

一方面，科學界估計專用量子計算機將在未來十年內走向實用。

另一方面，專用量子計算機將在部分領域產生顛覆性影響，非對稱密碼體系首當其沖，這將對網絡安全產生重大影響。非對稱密碼基于大數的因子分解這一數學難題，但量子計算機可以實現任意大整數的快速分解，破解1024位密鑰的非對稱加密只需幾秒鐘。