新華社華盛頓11月19日電 綜述:量子計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)面臨關(guān)鍵時(shí)刻

新華社記者 林小春

近日,美國(guó)IBM(國(guó)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(shuō)明“量子霸權(quán)”爭(zhēng)奪戰(zhàn)正進(jìn)入關(guān)鍵期,不過(guò)量子計(jì)算距實(shí)際應(yīng)用仍有距離。

“量子霸權(quán)”激烈競(jìng)爭(zhēng)

過(guò)去18個(gè)月中,IBM先后對(duì)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(guò)經(jīng)典計(jì)算機(jī),就實(shí)現(xiàn)了相對(duì)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(jìng)爭(zhēng)。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(guó)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(cè)試芯片。中國(guó)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(shuō),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(duì)接下來(lái)一年左右時(shí)間可能有某個(gè)公司贏得“量子霸權(quán)”爭(zhēng)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(jìng)賽,”阿倫森說(shuō),“IBM的宣布并不會(huì)使競(jìng)賽平息,因?yàn)檎嬲膯?wèn)題不是有多少個(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(shuō),IBM沒(méi)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(wèn),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(wèn)題在于這些量子位似乎沒(méi)有足夠好的相干時(shí)間,以至于該系統(tǒng)沒(méi)有任何方面明顯勝過(guò)經(jīng)典計(jì)算機(jī)?！彼f(shuō)。

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(wú)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(guó)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(shuō),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(duì)于超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī),印制成千上萬(wàn)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(wú)誤地相互作用,”王晨說(shuō),“鑒于IBM沒(méi)有提供(50量子位原型)任何具體信息,所以我們無(wú)法評(píng)價(jià)?！?/p>

量子計(jì)算實(shí)用尚需時(shí)日

阿倫森提醒,即便將來(lái)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(cè)是,以比任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)快得多的速度來(lái)解決‘實(shí)際’問(wèn)題,可能至少需要100到200個(gè)量子位”。

他預(yù)測(cè),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(guò)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(lái)5年看到這樣的應(yīng)用,但沒(méi)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(lái)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(shuō),“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(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)看,量子計(jì)算尚未商業(yè)化,可能再過(guò)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(wú)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(lái)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(shuō),“但5到10年以后,我覺(jué)得還是挺令人樂(lè)觀的。對(duì)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。”

對(duì)于中國(guó)的量子計(jì)算研究,王晨認(rèn)為,雖然中國(guó)超導(dǎo)量子系統(tǒng)的研究開(kāi)展得相對(duì)較晚,但目前有好幾個(gè)組集中力量在做,進(jìn)展很快?！艾F(xiàn)在大家的競(jìng)爭(zhēng)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(kāi)的,所以大家之間的差距并沒(méi)有多大”。