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半月谈|“量子霸权”已经到来?

英国《每日电讯报》网站报道称,近期,美国谷歌公司研发出一种量子处理器,能够在“大约200秒”内完成一项技术性数字计算任务,当今最先进的超级计算机完成这项任务大约需要1万年。谷歌表示,这是里程碑式的成就,预示着一个期待已久的计算模式的出现。

但是,这一说法马上遭到国际商用机器公司(IBM)的质疑。IBM指出,谷歌的成就,距离可以在计算和科学方面有意义地使用量子技术还“非常遥远”。IBM公司研究主管达里奥·吉尔说:“量子计算机并不因为一项旨在实施特定的、没有实际应用的量子采样过程的实验室实验,就‘优于’经典计算机。”在此前后,IBM也宣布要发布具有53个量子比特的可商用量子计算机,并承诺开放95%的量子计算机的服务。这个量子计算机系统是IBM新量子计算中心的一部分。

“量子霸权”指的是量子计算机可以完成世界上最强大的超级计算机都不可能完成的计算。业界认为,如能有效操纵50个左右的量子比特,就能实现量子霸权。长期以来,量子计算机被认为是人类技术的下一次大飞跃。量子计算机遵循量子力学原理,以量子比特为基本信息单位,以量子纠缠、相干叠加为特色来处理信息,解决实用问题和科学问题。经典计算机基于二进制运行,二进制数字只有0和1,每个数字为一个比特。而一个量子比特既可以是0,也可以是1,以量子叠加的方式包含更大的信息量。

中国科学技术大学韩正甫教授认为,短时间内,让现有量子计算机去解决现实问题虽有难度,但并非不可能。在他看来,量子计算机的未来发展趋势是非常明确的:首先要把量子计算机架构出来;接下来是增加量子比特数量,提高量子比特质量;之后,量子计算机相关应用软件将成为核心竞争点。研发量子计算机相当于把现在经典计算机从头再做一遍,材料、硬件、软件、算法等所有环节都要重新考虑。因为没有任何案例可以借鉴,所以各个研发团队只能探索着往前走。

尽管如此,量子计算机诱人的应用前景仍令人垂涎。人们希望量子计算机最终能够带来材料科学、物理学和化学领域的革命性变化,在人工智能、大数据处理、信息搜索、生物制药、物流优化等领域发挥重要作用。以生物制药为例,量子计算机将更好地模拟生物反应所涉及的量子过程。

中科院院士潘建伟认为,量子信息科学已经进入一个深化和快速发展的阶段,特别需要多学科交叉融合和各项关键技术的攻关,这就需要在国家层面进行顶层设计和系统布局。如果今后几十年是量子计算机的时代,而在量子计算机领域没有相关核心技术的话,肯定将会受制于人,这个领域的竞争是谁也输不起的。

因此,围绕着量子信息科技的国际竞争将越来越激烈。欧盟、美国在量子信息科技领域的国家战略已经启动。2018年,美国国会通过了“国家量子倡议法案”,希望在未来10年加速发展量子信息科学及其技术应用。同年,欧盟委员会宣布了“量子旗舰计划”,预计今后10年在量子研发领域投入10亿欧元。

中国对量子通信和量子计算机的技术研发也十分重视。量子通信和量子计算机已被列入“科技创新2030—重大项目”,量子信息科学国家实验室的建设工作也正在推进。阿里巴巴、腾讯、华为等企业也成立了量子计算机的研发团队。希望未来中国在这一领域的国际竞争力不断增强,引领量子信息科技的不断发展。(刊于《半月谈内部版》2019年第11期)

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