量子霸權(quán)爭奪從“量”轉(zhuǎn)向“質(zhì)”

A1

量子霸權(quán)爭奪從“量”轉(zhuǎn)向“質(zhì)”

新華社電 記者彭茜 張曉茹 近來，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，彰顯新興市場的強大后勁。

此前業(yè)界認為，若能有效操縱50個左右的量子比特，量子計算機的計算能力就能超過傳統(tǒng)計算機，實現(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現(xiàn)“量子霸權(quán)”。除了量子比特數(shù)這個“量”的指標，量子芯片的糾錯能力、量子計算機處理實際問題的能力等“質(zhì)”的問題也許更重要。

放眼全球，量子計算的沙場上“群雄逐鹿”，短期難見分曉。

谷歌和IBM都致力于通過超導(dǎo)系統(tǒng)來實現(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；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行了優(yōu)化，這一處理器有望實現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

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，阿里巴巴量子實驗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)的實現(xiàn)”。

中國高校和科研機構(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。

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，這是量子計算機的重要部件，將量子存儲器容量的國際紀錄提高了一個數(shù)量級。

施堯耘認為，與中國不同，“‘美國隊帶頭的不是高校實驗室，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)強手”。中國的“企業(yè)軍團”，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。

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。

盡管多數(shù)專家認為量子計算實現(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大的處理能力。科學(xué)家關(guān)于量子計算的理想正逐漸照進現(xiàn)實。

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，最終目標是希望通過量子計算機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為，通過恰當(dāng)?shù)夭捎昧孔铀惴ǎ瑫r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)機器學(xué)習(xí)算法，大幅提高計算性能。

據(jù)報道，微軟的拓撲量子計算機就幫助人工智能研究人員利用機器學(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。

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