量子计算机从几个到几十个量子比特，各国为何如此拼命？

5 qubits、10 qubits、50 qubits，一场相互追逐、争夺领先的激烈竞争近年来在量子计算领域上演。

传统计算机解决问题需要 100 年，而量子计算机可能只需要 1 秒。面对如此“史前大国”和冷酷前景，各国怎能袖手旁观？

去年底，美国IBM公司宣布推出全球首个50比特量子计算原型机，量子计算领域的竞争进入关键阶段。

智者听无声，智者见无形

当神奇的理论在现实中推动进步时，各国的科研实力无疑得到体现。

在IBM公布结果的6个月前，中国科学家发布了世界上第一台超越早期传统计算机的光量子计算机，实现了10个超导量子比特的纠缠，在操控质量上也处于全球领先地位。

从个位数到几十个量子比特的进步，各国都在追我，这是为什么呢？

从 1970 年到 2005 年，正如摩尔定律所预测的那样，每 18 个月，一块集成电路上可以容纳的元件数量大约翻一番，计算机的性能也相应翻了一番。但这种趋势在 2005 年后开始放缓，极小的集成电路面临散热等挑战。

如果这种趋势继续下去，当集成电路的尺寸接近原子水平时，电子的运动将不再服从经典物理定律，此时量子力学将起主导作用。

在 1980 年代，科学家们预测了这个问题，并提出量子计算是前进的方向。这也成为了主要国家关注的焦点。

传统计算机中数据的基本单位是比特，而量子计算机以量子比特为单位。有观点认为，如果一台量子计算机能够有效操纵50个左右的量子比特，其能力将超越传统计算机，实现相对于传统计算机的“霸权”。这种“量子霸权”正是各个科研机构追逐的目标。

最近，科技巨头宣布了重要进展。除了 IBM 的 50 量子位计算机原型之外，英特尔还在 1 月份宣布了一款 49 量子位的测试芯片。不过，这些公司并没有发布详细的业绩报告，使用的是“原型”和“测试”等字眼，也没有声称已经实现了“量子霸权”。

这是因为量子比特光的“量”是不够的，它必须有“质”，即通过纠缠等手段操纵量子比特相互关联，才能有效地将它们用于量子计算。去年5月，中科大潘建伟团队实现的10个超导量子比特纠缠是一个有“质量”的量子比特，但距离“量子霸权”还有很长的路要走。

德克萨斯大学奥斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿伦森说：“很明显，建造量子计算机现在是一场全球性的竞赛。” 他认为，在未来一年左右的时间里，有人可能会赢得“量子霸权”的竞争。

时有长风浪，直挂风帆助海

人类进入了量子计算机将“诞生”的时代。中国科学院院士、量子计算专家、图灵奖获得者姚启智表示，这是“最后一公里”，但也是一个非常艰难的过程。

业内专家指出，量子计算需要克服环境噪声、误码等一系列问题，实现容错通用量子纠错。真正的量子计算机研发挑战是巨大的。

那么量子计算究竟有什么魅力，让世人都不愿错过机会呢？

源自普朗克 1900 年理论的量子力学描述了看似神奇的物理现象。在微观尺度上，一个量子比特可以同时处于多种状态，这与传统计算机中的比特只能处于状态 0 和 1 中的一种不同。

其中一些特性使量子计算机的计算能力远远超过传统计算机。谷歌等组织在 2015 年宣布，他们的“D-Wave”（D-Wave）量子模拟器解决某些问题的速度比传统计算机快 1 亿倍。虽然它不被认为是真正的量子计算机，但量子计算的巨大潜力已经被揭示出来。

为了加速进入量子计算机阵营，世界各国政府纷纷加大投入。欧盟在 2016 年宣布将投资 10 亿欧元支持量子计算研究，仅美国政府每年就投资 3.5 亿美元。中国也在大力投资，目前正在筹建量子信息国家实验室，一期总投资约70亿元。

如果实现“量子霸权”量子计算机现在多少比特，人类算力将迎来飞跃，下一步将是多领域推广。一些行业巨头已经将目光投向了量子计算的未来应用：阿里巴巴成立了量子计算实验室；中科院与阿里云联合发布量子计算云平台；IBM 去年还宣布量子计算机现在多少比特，计划打造业界首个商用通用量子计算平台 IBMQ，并计划与摩根大通等公司合作，在 2021 年之前在金融领域推出首个量子计算应用。

更不用说在军事、安全等敏感领域，一旦量子计算成熟，就可以破解密码破解等需要大量计算的传统难题。

“我相信，21世纪量子技术的重要性可以与上世纪的曼哈顿计划相提并论，”著名量子科学家潘建伟院士说。换句话说，量子技术可以像曼哈顿计划制造原子弹一样改变世界。

潘建伟等中国研究人员正在不断取得成果。他们在光冷原子系统、超导系统等各种量子计算技术路线上同步发展。他们希望在未来 10 年内实现数百个量子比特的纠缠。

潘建伟曾用“竹笋”来形容中国量子计算领域的发展。因为竹笋刚长出来的时候长得慢，长出来的时候长得越来越快。他表示，量子计算在中国“如雨后春笋”，“我们的爆发式增长也到了‘相变点’”。