５月３日，世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機在上海亮相，十個(gè)超導量子比特糾纏首次成功實(shí)現，中國科學(xué)家再次站在了創(chuàng )新的前沿。

一個(gè)世紀前，那場(chǎng)關(guān)于“上帝到底擲不擲骰子”的愛(ài)因斯坦—玻爾論戰，為人類(lèi)開(kāi)啟了量子世界之門(mén)；進(jìn)入２１世紀，量子通信、量子計算等核心技術(shù)飛速發(fā)展，一場(chǎng)新的量子革命正在到來(lái)。

未來(lái)將秒殺超級計算機

芯片越來(lái)越小，傳統計算機未來(lái)必將遭遇計算極限。求解一個(gè)億億億變量（１０的２４次方）的方程組，利用目前的超級計算機，大約需要１００年。對類(lèi)似這樣的大規模計算難題，如果借助萬(wàn)億次量子計算機，只需０．０１秒。

全新的量子計算機利用量子特有的“疊加狀態(tài)”，以采取并行計算的方式，讓速度以指數量級地提升。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(cháng)、中國科學(xué)院院士潘建偉和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)等研制的光量子計算機，已經(jīng)比人類(lèi)歷史上第一臺電子管計算機和第一臺晶體管計算機運行速度快１０－１００倍。

據介紹，關(guān)于量子計算研究的系列成果已經(jīng)發(fā)表于《自然?光子學(xué)》等國際權威學(xué)術(shù)期刊上?！斑@意味著(zhù)，中國科學(xué)家研制出了量子計算領(lǐng)域的埃尼亞克（第一臺電子管計算機ＥＮＩＡＣ）?！薄蹲匀?光子學(xué)》的審稿人表示。

潘建偉說(shuō)，在量子計算基礎研究領(lǐng)域，就計算能力而言，科學(xué)界有三個(gè)達成共識的指標性節點(diǎn)：第一步超越首臺經(jīng)典計算機，第二步超越商用ＣＰＵ，第三步超越超級計算機?！澳壳拔覀儗?shí)現的只是其中的第一步，但這一小步卻是重要的一步?！?/p>

陸朝陽(yáng)表示，預計今年年底可以實(shí)現操縱２０個(gè)量子比特，達到目前商用ＣＰＵ水平；到２０２０年，有望實(shí)現操縱４５個(gè)量子比特的目標，向經(jīng)典超級計算機的計算能力發(fā)起挑戰。

歐美投入數十億美元布局

由于量子計算的巨大潛在價(jià)值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)，大型高科技公司如谷歌、微軟、ＩＢＭ等也強勢介入量子計算研究。

來(lái)自中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng )新研究院的信息顯示，國際學(xué)術(shù)界關(guān)于量子計算技術(shù)的發(fā)展，集中于光子、超冷原子和超導線(xiàn)路這三個(gè)研究體系。其中，在光子體系，潘建偉團隊在國際上率先實(shí)現了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持國際領(lǐng)先水平，其“多光子糾纏及干涉度量”項目獲得２０１５年度國家自然科學(xué)獎一等獎。

“最快帶來(lái)實(shí)際價(jià)值的體系是超冷原子量子模擬，將來(lái)很可能集成化的是超導量子計算，谷歌、ＩＢＭ都在投入大量資源，積極布局?！迸私▊フf(shuō)。

２０１５年，谷歌、美國航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實(shí)現了９個(gè)超導量子比特的高精度操縱。此次，潘建偉及其同事朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，首次實(shí)現１０個(gè)超導量子比特的糾纏，在基于超導體系的量子計算機研究方面取得突破性進(jìn)展。

不過(guò)，由于高精度量子操控技術(shù)的極端復雜性，目前對其的研究仍處在早期發(fā)展階段?！傲孔佑嬎銠C就像初生的嬰兒，未來(lái)最終會(huì )長(cháng)成什么樣子，對整個(gè)科學(xué)界還是個(gè)未知數?！迸私▊フf(shuō)。

１０年內有望“實(shí)用化” 

保衛信息安全

“１０年內，超導量子操縱有可能做到１００個(gè)粒子。到那時(shí)，它對某些特定問(wèn)題的計算能力就可以達到目前全世界所有計算能力之和的１００萬(wàn)倍，計算能力將會(huì )突飛猛進(jìn)?！迸私▊フf(shuō)，此外，量子計算機能耗更低。

專(zhuān)家認為，計算能力極限的大幅提升，意味著(zhù)量子計算機可以分析更多數據。比如，實(shí)現精準的天氣預報，躲避颶風(fēng)海嘯；計算優(yōu)化的出行線(xiàn)路，讓城市減少堵車(chē)等。

潘建偉預測，造出“專(zhuān)用”量子計算機，在求解材料設計、化學(xué)研究、物理研究等特別需要、特別有用的問(wèn)題上超越“超級計算機”，有望在１０年內出現，最終還將拓展到量子人工智能領(lǐng)域。

當前，信息科技日益走向智能化，量子不僅可以用于量子計算，更安全的量子通信也應運而生。隨著(zhù)“墨子號”發(fā)射升空，我國在世界上首次實(shí)現衛星和地面之間的量子通信。按照規劃，未來(lái)還將發(fā)射多顆量子衛星。到２０３０年左右，建成一個(gè)全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )。

潘建偉說(shuō)，量子通信可以從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等的安全性，從根本上解決信息安全問(wèn)題。目前，量子保密通信已逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，成為未來(lái)保障信息安全的“護衛艦”。

據了解，對于量子時(shí)代的科學(xué)應用，中國“量子人”團隊有著(zhù)明確的科研路線(xiàn)圖：通過(guò)量子通信研究，從初步實(shí)現局域量子通信網(wǎng)絡(luò )，到實(shí)現多橫多縱的全球范圍量子通信網(wǎng)絡(luò )；通過(guò)量子計算研究，為大規模計算難題提供解決方案，實(shí)現大數據時(shí)代信息的有效挖掘；通過(guò)量子精密測量研究，實(shí)現新一代定位導航等。

摘自《中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報》