大鬧量子計(jì)算天宮？國產(chǎn)“悟空”問世

阿離

“悟空”即將破石而出

1月31日，據(jù)央視新聞報(bào)道，我國首條量子芯片生產(chǎn)線首次向公眾亮相，當(dāng)前生產(chǎn)線正在緊鑼密鼓地生產(chǎn)量子芯片。我國最新量子計(jì)算機(jī)“悟空”即將面世。

“全球有100多家量子計(jì)算公司投入了巨大的人力物力進(jìn)行研制，加拿大的量子計(jì)算公司2011年出售了其第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，美國IBM公司在2019年將其商用量子計(jì)算機(jī)交付部署，中國公司本源量子的量子計(jì)算機(jī)在2021年就已交付用戶。”——據(jù)本源量子消息，在安徽合肥，國內(nèi)首條量子芯片生產(chǎn)線上這幾天已經(jīng)是一片繁忙景象。合肥本源量子已研發(fā)出多臺(tái)中國量子計(jì)算機(jī)，并成功交付一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)給用戶使用。該量子計(jì)算機(jī)的成功交付使我國成為世界上第三個(gè)具備量子計(jì)算機(jī)整機(jī)交付能力的國家。這是我國繼實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”之后，又一次確立了在國際量子計(jì)算研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

另一家國內(nèi)量子技術(shù)上市公司國盾量子近日也宣布完成了一臺(tái)“祖沖之二號(hào)”同等規(guī)模超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)的搭建，并將上線國盾量子計(jì)算云平臺(tái)，為用戶提供真實(shí)量子計(jì)算設(shè)備，探索量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。據(jù)公開信息，“祖沖之二號(hào)”計(jì)算復(fù)雜度比谷歌公開報(bào)道的53比特超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”提高了6個(gè)數(shù)量級(jí)。

除整機(jī)之外，我國在量子芯片這個(gè)作為量子計(jì)算機(jī)的核心基礎(chǔ)底座領(lǐng)域也早有布局。量子芯片作為量子計(jì)算機(jī)最核心的部分，是執(zhí)行量子計(jì)算和量子信息處理的硬件裝置。國盾量子作為全球領(lǐng)先的量子安全解決方案供應(yīng)商和量子通信設(shè)備制造商，正在研發(fā)量子通信專用芯片。2022年下半年，國盾量子搭建了一臺(tái)“祖沖之二號(hào)”同等規(guī)模的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，并將上線量子計(jì)算云平臺(tái)。此外，國盾量子同光迅科技共同開發(fā)量子芯片，已經(jīng)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的戰(zhàn)略目的。

我國離量子通信網(wǎng)絡(luò)更近一步

量子通信是我國近年來技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)領(lǐng)域，除“悟空”外，近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陳騰云等與清華大學(xué)馬雄峰合作，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了模式匹配量子密鑰分發(fā)，相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上，這意味著我們離量子通信網(wǎng)絡(luò)又近了一步。

量子密鑰分發(fā)基于量子力學(xué)基本原理，可以實(shí)現(xiàn)理論上無條件安全的保密通信。模式匹配量子密鑰分發(fā)協(xié)議（MP-QKD）是由清華大學(xué)馬雄峰研究組于2022年提出的一種新型測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，相較于原始的測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議，可以將更多的探測事件用于成碼，可以很大程度提高成碼率；相較于雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議和相位匹配協(xié)議，無需復(fù)雜的激光器鎖頻鎖相技術(shù)，節(jié)省成本且降低了實(shí)際應(yīng)用難度，同時(shí)對環(huán)境噪聲有更好的抗干擾能力。

研究表明，模式匹配量子密鑰分發(fā)在不需激光器鎖頻鎖相的條件下可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全成碼且在城域距離有較高成碼率，極大地降低了協(xié)議實(shí)現(xiàn)難度，對未來量子通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建具有重要意義。

量子計(jì)算成熱門賽道

量子信息技術(shù)是量子科技重要組成部分，主要包括量子計(jì)算、量子通信和量子測量三大領(lǐng)域，在提升計(jì)算困難問題運(yùn)算處理能力、加強(qiáng)信息安全保護(hù)能力、提高傳感測量精度等方面，具備超越經(jīng)典信息技術(shù)的潛力。

在市場方面，量子計(jì)算有望在10—15年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用，預(yù)計(jì)量子計(jì)算的商用元年在2030年左右。以2030年為量子計(jì)算商用元年，預(yù)計(jì)2030年全球量子計(jì)算市場規(guī)模將達(dá)到140.1億美元，并以30%左右的增速平緩上漲，至2035年預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到489.7億美元的量子計(jì)算市場規(guī)模。如此前景下，全球主要國家在量子信息技術(shù)領(lǐng)域加強(qiáng)科技政策布局，推出發(fā)展戰(zhàn)略和研究項(xiàng)目規(guī)劃，加大公共研發(fā)資金的支持投入力度，推動(dòng)量子技術(shù)從“基礎(chǔ)到市場”。

2018年12月，美國通過《國家量子計(jì)劃法案》，計(jì)劃投資超30億美元。中國投資超100億美元在合肥市建造了世界上最大的量子研究設(shè)施——量子信息科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室，在公共投資方面處于全球領(lǐng)先地位。其他國家正與量子計(jì)算領(lǐng)先者結(jié)成聯(lián)盟，如2021年，澳大利亞、英國和美國成立AUKUS聯(lián)盟，專注于新技術(shù)開發(fā)，分享在人工智能和量子計(jì)算等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步成果。

2022年1月，量子信息作為“關(guān)鍵技術(shù)”被寫入《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，2022年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議指出加快新能源、人工智能、生物制造、綠色低碳、量子計(jì)算等前沿技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。量子計(jì)算作為量子信息領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)，樣機(jī)研發(fā)與性能提升是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算潛力的核心，超導(dǎo)和離子阱技術(shù)路線持續(xù)領(lǐng)跑，硅半導(dǎo)體、光量子和中性原子等技術(shù)路線在樣機(jī)技術(shù)指標(biāo)提升方面發(fā)展迅速，硬件技術(shù)處于多種方案并存發(fā)展階段；而進(jìn)一步提升物理硬件指標(biāo)與算法糾錯(cuò)性能，實(shí)現(xiàn)基于量子糾錯(cuò)的邏輯量子比特是量子計(jì)算的下一個(gè)重要里程碑。

除前面提到的國盾量子、本源外，百度、阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭也在量子計(jì)算領(lǐng)域有所布局，共同推動(dòng)我國量子計(jì)算技術(shù)和行業(yè)前行。

編輯點(diǎn)評：量子計(jì)算技術(shù)目前仍處于基礎(chǔ)研發(fā)階段，但其未來應(yīng)用潛力蘊(yùn)藏著巨大的商業(yè)市場。量子計(jì)算技術(shù)所具有的潛在顛覆性能力引起了美國、歐盟等高度重視，他們將量子技術(shù)上升到國家戰(zhàn)略高度，通過部署一系列研究計(jì)劃和發(fā)展舉措奪取未來量子計(jì)算全球領(lǐng)導(dǎo)權(quán)。各國具體的量子計(jì)算計(jì)劃為各自國家戰(zhàn)略提供了切入點(diǎn)。未來幾年將是量子計(jì)算技術(shù)進(jìn)步、商業(yè)化水平提升、產(chǎn)業(yè)合作格局進(jìn)一步完善的重要階段。培育良好的量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)科技研發(fā)能力，加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)力，推進(jìn)量子商業(yè)化發(fā)展模式，奪取未來量子計(jì)算制高點(diǎn)，已成為全球大國競爭的關(guān)鍵點(diǎn)。