新華社華盛頓１１月１９日電綜述：量子計(jì)算競爭面臨關(guān)鍵時(shí)刻

新華社記者林小春

近日，美國ＩＢＭ（國際商用機(jī)器公司）宣布成功研制一款５０量子位處理器原型。業(yè)內(nèi)專家表示，盡管不清楚該處理器原型的性能細(xì)節(jié)，但這一事件說明“量子霸權(quán)”爭奪戰(zhàn)正進(jìn)入關(guān)鍵期，不過量子計(jì)算距實(shí)際應(yīng)用仍有距離。

“量子霸權(quán)”激烈競爭

過去１８個(gè)月中，ＩＢＭ先后對外推出５和１６量子位處理器。此次，該公司又宣布成功研制２０量子位處理器，其量子位狀態(tài)（即相干時(shí)間）能維持創(chuàng)紀(jì)錄的９０微秒。但更引人注意的是，它還宣布成功構(gòu)建具有類似性能指標(biāo)的５０量子位處理器原型。

５０量子位被認(rèn)為是量子計(jì)算中的一個(gè)里程碑。業(yè)界討論中常用的一個(gè)詞是“量子霸權(quán)”，這是指如果量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力超過經(jīng)典計(jì)算機(jī)，就實(shí)現(xiàn)了相對于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的“霸權(quán)”。有觀點(diǎn)認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)在有５０量子位后就能實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

業(yè)界巨頭在為這個(gè)目標(biāo)激烈競爭。除了ＩＢＭ外，谷歌、英特爾和微軟等也投入大量研發(fā)資金。谷歌一直被視為“領(lǐng)頭羊”，已推出９量子位的機(jī)器，并宣布將于今年年底前公布４９量子位系統(tǒng)。

“ＩＢＭ發(fā)布這一消息是為了趕超谷歌？人們免不了有這樣的懷疑，”美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森告訴新華社記者，“大家清楚谷歌和ＩＢＭ是目前超導(dǎo)量子位技術(shù)的兩大領(lǐng)先者，它們的水平大致旗鼓相當(dāng)?！?/p>

超導(dǎo)量子計(jì)算是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的一種方式。就在一個(gè)月前，英特爾宣布推出１７量子位超導(dǎo)計(jì)算測試芯片。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)曾于今年５月宣布實(shí)現(xiàn)１０個(gè)超導(dǎo)量子比特的糾纏，在基于超導(dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得突破性進(jìn)展。

阿倫森說，全球還有其他許多團(tuán)隊(duì)在使用不同方法研制量子計(jì)算技術(shù)，他對接下來一年左右時(shí)間可能有某個(gè)公司贏得“量子霸權(quán)”爭奪戰(zhàn)而興奮。

“很顯然，建造量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在是一個(gè)世界范圍內(nèi)的競賽，”阿倫森說，“ＩＢＭ的宣布并不會(huì)使競賽平息，因?yàn)檎嬲膯栴}不是有多少個(gè)量子位，而是能用這些量子位做些什么?！?/p>

量子位數(shù)量并非全部

ＩＢＭ宣稱的５０量子位處理器原型到底處于什么水平？阿倫森說，ＩＢＭ沒有發(fā)表任何研究論文，很難知道該處理器原型的技術(shù)細(xì)節(jié)，所以他在表示祝賀的同時(shí)，也有一些疑問，包括該處理器原型的相干時(shí)間到底是多少？使用了多少量子門？這個(gè)系統(tǒng)足以進(jìn)行“量子霸權(quán)”演示嗎？

“量子位的數(shù)量遠(yuǎn)不是唯一的關(guān)鍵因素。否則按這個(gè)算的話，（加拿大）Ｄ波公司已在銷售的一個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)有２０００個(gè)量子位了，問題在于這些量子位似乎沒有足夠好的相干時(shí)間，以至于該系統(tǒng)沒有任何方面明顯勝過經(jīng)典計(jì)算機(jī)?！彼f。

Ｄ波公司的系統(tǒng)與ＩＢＭ、谷歌等研制的系統(tǒng)完全不同，它無法進(jìn)行邏輯門運(yùn)算，相干時(shí)間也難以考據(jù)，許多研究人員認(rèn)為稱它為量子計(jì)算機(jī)不妥。

美國馬薩諸塞大學(xué)研究超導(dǎo)量子電路的助理教授王晨持類似看法。他說，ＩＢＭ做得怎么樣，歸根結(jié)底還是要看它們的５０個(gè)量子位連在一起性能如何。

“對于超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，印制成千上萬個(gè)量子位并不是根本性的難點(diǎn)，難點(diǎn)在于如何讓它們的量子態(tài)精確無誤地相互作用，”王晨說，“鑒于ＩＢＭ沒有提供（５０量子位原型）任何具體信息，所以我們無法評價(jià)。”

量子計(jì)算實(shí)用尚需時(shí)日

阿倫森提醒，即便將來實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”，距量子計(jì)算進(jìn)入實(shí)用可能還需要一段時(shí)間，“我們目前最好的猜測是，以比任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)快得多的速度來解決‘實(shí)際’問題，可能至少需要１００到２００個(gè)量子位”。

他預(yù)測，量子計(jì)算的第一批應(yīng)用將涉及量子物理本身的模擬，以進(jìn)一步了解在工業(yè)上起重要作用的化學(xué)過程、設(shè)計(jì)新藥物、研究高溫超導(dǎo)等。“如果這些都很順利，我們可能在未來５年看到這樣的應(yīng)用，但沒有人能給出確切答案”。之后，才有可能使用更大型的量子計(jì)算機(jī)來解決其他任務(wù)，包括破解密碼等。

“從ＩＢＭ、谷歌、微軟和許多初創(chuàng)企業(yè)和風(fēng)險(xiǎn)投資公司目前在這個(gè)領(lǐng)域投入巨資的角度看，量子計(jì)算已經(jīng)走向商業(yè)化了，”阿倫森說，“但如果從量子計(jì)算機(jī)達(dá)到比經(jīng)典方式更快解決問題的標(biāo)準(zhǔn)看，量子計(jì)算尚未商業(yè)化，可能再過一些年也不能商業(yè)化?！?/p>

王晨同樣認(rèn)為，從實(shí)際應(yīng)用看，５０量子位的量子系統(tǒng)并不代表它就可以做任何有意義的、經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法做的運(yùn)算。

“真正意義上的數(shù)字化量子計(jì)算需要大量的量子位來存儲(chǔ)少量信息，以實(shí)現(xiàn)可糾錯(cuò)運(yùn)算，這個(gè)方面我們現(xiàn)在還差得比較遠(yuǎn)，”王晨說，“但５到１０年以后，我覺得還是挺令人樂觀的。對于一些特殊的科學(xué)模擬和計(jì)算，幾百、幾千個(gè)量子位可能就可以有用武之地?！?/p>

對于中國的量子計(jì)算研究，王晨認(rèn)為，雖然中國超導(dǎo)量子系統(tǒng)的研究開展得相對較晚，但目前有好幾個(gè)組集中力量在做，進(jìn)展很快。“現(xiàn)在大家的競爭主要是學(xué)術(shù)層面的，實(shí)驗(yàn)上需要一些技術(shù)積累，但主要技術(shù)也都是公開的，所以大家之間的差距并沒有多大”。