科技时报--量子计算机潜力巨大

说起颠覆性技术，量子计算机都是当下科技界的闪耀明星。

30多年前，物理学家提出了利用量子构建计算系统的假想，尔后科技界就没有停止过探索。量子计算机究竟有何本事，如今走到了哪1步?记者采访了相干专家。

“在量子计算机眼前，传统的计算机就像‘算盘’”

近段时间，量子计算机领域频频传来重要进展：美国霍尼韦尔公司表示研发出64量子体积的量子计算机，性能是上1代的两倍;我国本源量子计算公司与中科院量子信息重点实验室等研究团队合作，在国际上首次发现1种控制、读取量子比特的新思路，为扩大量子比特提供了可能性……

作甚量子计算机?简单地说，当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就属于量子计算机。

人们对量子计算机充满期待，与传统计算机遭受瓶颈不无关系。最近几年来，传统计算机性能增长越来越困难，探索全新物理原理的高性能计算技术应运而生。

“量子计算机是芯片尺寸突破经典物理极限的一定产物，是后摩尔时期的标志性技术。”中科院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿说，在微观状态下，量子是1个不可再分割的基本单位。人们所熟知的电子、光子等微观粒子，都是量子的1种表现形态。

传统计算机用0和1储存与处理数据，俗称经典比特。量子计算机的奇特的地方在于，它的基本计算单元——量子比特可以同时是0和1，即允许“叠加态”共存，从而具有更强大的并行能力。举个例子，假使在800万本书里找1个单词，经典计算机的方法是1本1本地搜索，提高速度要用多个处理器来协同求解。而量子的叠加性质，与2进制算法的运行逻辑不同，使得量子计算机可以分身为800万台计算机同时寻觅。“在量子计算机眼前，传统的计算机就像‘算盘’。”郭光灿表示。

据本源量子计算公司副总裁张辉介绍，在需要大范围计算的领域，量子计算机可1展拳脚，如助力先进材料制造和新能源开发等。在药物研发方面，量子计算机通过精准模拟各种分子、原子的自然演进，可帮助科研人员快速找到对付病毒的药物;在公共交通领域，量子计算能够迅速对复杂的交通状态进行分析预判，从而调度综合交通系统，最大限度避免道路拥堵。

量子计算利用走出实验室，得益于它的工程化推动。当前，很多国家都把量子计算当作未来技术制高点，国内外知名的企业纷纭涉充足子计算，全球量子计算创业公司超过百家。郭光灿表示，量子计算发展比想象的更快，许多停留在纸面上的想法逐渐变成了现实。

“如果以经典计算机发展进程来衡量，现在量子计算机处于早期的‘电子管时期’”

量子计算机虽然前景广阔，但落地利用还是长路漫漫。郭光灿指出，做出量子计算机需要满足3个基本条件：量子芯片、量子编码和量子算法。它们分别是实现量子计算的物理系统、确保计算可靠性的处理系统和提高运算速度的关键。

“做量子计算机，首先要足够多的量子比特。”腾讯量子实验室高级研究员郑亚锐解释说。什么是量子比特?理论上，自然界中1切有量子效应的载体都可用作量子比特。经太长时间探索，科学家发现，超导、离子阱、光子、超冷原子、半导体量子点等，都存在量子效应，意味着能够用于开发量子计算机。而这些不同的体系，造就了量子计算机不同的技术实现线路。

量子计算机走向实用，要控制多少个量子比特?郑亚锐说，1般认为要控制100万个量子比特。但眼下，工业界能控制的量子比特还不超过100个。

在宏观环境下，如何保持微观环境下的量子特性，是量子计算机落地利用的另外1个重要障碍。实现这1点违建房屋拆迁有赔偿吗，要求较长的相干时间(量子系统衰退的时间常数)，和非常高的保真度。“提高比特数量的同时，又不降落保真度，是学术界聚焦的困难。”郑亚锐说。

“每一个体系都有优缺点，到底哪条线路能实现量子计算，大家心里也不清楚。”张辉说。具体地说，半导体量子点线路操控性方便，但相干时间很短;光学或离子阱线路相干时间长，但可扩大性差。清华大学量子信息中心副教授金奇奂表示，最近几年来，学界对离子阱线路的基础研究很多，但工业界关注不够，工程、工艺上细致的工作刚刚起步。

目前，多数开发者选择的是超导和半导体两条线路，2者的工程化、工艺化也快速推动。开发者希望，借助先进的半导体、集成电路工艺，在推动量子计算机研制的同时，为未来量子计算机与经典计算机的潜伏融会做准备。

从电子管到晶体管，再到集成电路，随着材料和工艺的迭代，经典计算机性能不断提升。“如果以经典计算机发展进程来衡量，现在量子计算机处于早期的‘电子管时期’。”张辉说，现在量子计算机还很“笨”，比智能手机、手提电脑的速度要慢很多。量子计算机也要经历1个发展进程。

“量子计算技术是颠覆性技术，关系到未来发展的基础计算能力”

张辉认为，真正衡量量子计算能力，是用它来解决问题时，与经典计算相比谁消耗的资源更少。

“目前量子计算机还没有找到比较合适的利用处景。”金奇奂认为，真正意义的量子计算机，不能单单证明它能比经典计算机做得好，而是要做出更有价值的工作。如果只能处理某1个专门问题，量子计算机只是1个高效的“伐木工”，知道如何利用木头做家具，才是真正有用的量子计算机。

科学家预测，未来10至15年，科学界有可能操纵100量子比特，从而真正实现“量子优势”。郭光灿说，经典信息技术时期，我国是跟踪者、模仿者，量子计算是我国成为未来信息技术引领者的机遇。“量子计算技术是颠覆性技术，关系到未来发展的基础计算能力。谁先把量子计算机弄出来，谁就占据了量子信息时期的制高点。”

开发量子计算机门槛较高。成立2年来，本源量子计算公司仅在硬件上就投入数亿元。但科研人员表示，量子计算就像1个岩穴，不知道里面有没有“宝藏”，但1定要有勇气冲进去，看看里面什么样。

5年前，中国科学院与阿里巴巴团体建立联合实验室，共同在量子信息科学领域展开前瞻性研究，这是国内较早在量子计算上的布局。最近几年，在量子计算领域，我国科研人员发表了很多有影响力的研究成果。在张辉看来，我国与国际上的“领头羊”的差距主要不在科研上，而在工程、工艺方面。量子计算机是1个整体，芯片之外，测控、软件、算法同等样应高度重视。“哪怕几根导线之间微弱的干扰，都会影响整体计算性能。”

量子计算机与经典计算机不是对抗关系，不会全面替换经典计算机。“玩电脑游戏农村房子一家不拆都不拆吗，我们永久用不着量子计算机。”张辉说，经典计算机发展至今，已能处理平常中绝大部分任务，未来2者应当会相互融会。

郭光灿认为，掌握量子计算机的关键核心技术急不得，需要下真工夫。只有经过深入细致研究，经过技术沉淀，才有可能实现突破。特别是要重视解决工程上的问题，才有可能捉住量子计算机的发展机遇。(记者 喻思南)