三国逐鹿量子计算

原标题：三国逐鹿量子计算

　　二维超导量子比特芯片示意图，每个橘色十字代表一个量子比特。

　　图片来源：中国科学技术大学

　　今年6月，中国科技大学潘建伟团队构建出“祖冲之号”超导量子计算原型机；美国谷歌公司希望2029年研制出首台商用量子计算机；日本政府计划与约50家日本企业合作成立量子研究团体，以推动量子技术的发展。

　　量子计算机将在新药研发和密码破解等各方面超越传统计算机，对产业界和国家安全战略产生巨大影响，引发各国政府高度关注，美国、中国和日本等国都开始发力。

　　三国逐鹿量子计算机研制领域，谁领风骚？

　　市场潜力足 战略意义大

　　量子计算机在执行某些大规模计算时，速度比最好的传统计算机快得多，能在密码破译、大数据优化、天气预报、药物分析等领域“大显身手”。

　　《日本经济新闻》7月6日报道，如果借助量子计算机开发出划时代的电池和药物，将让全人类受益。发展到更高水平，量子计算机有望破解网络密码，从而影响安全，而掌握量子技术的国家将在高科技领域掌握主导权。

　　美国波士顿咨询公司的数据显示，到2050年，量子计算机有望创造8500亿美元的利润。日本《设计新闻》网站也在7月6日的报道中指出，未来30年，量子计算机市场预计价值1万亿美元。

　　美国：2029年研制出商用量子计算机

　　正是量子计算机的潜能和“财”能，使政府、企业和科学家“竞折腰”。

　　谷歌公司今年5月公布了正在推进的量子计算机开发计划，目标是2029年研制出首台商用量子计算机。

　　其实早在2019年，谷歌就利用其53个量子比特的量子计算机“悬铃木”，在200秒内解决了最尖端超级计算机“顶点”（Summit）需要花1万年才能解决的问题，成功实现了“量子霸权”的突破性进展——“量子霸权”用来表示“在存储和通信带宽呈指数级增加后，量子计算机拥有传统超级计算机所不具有的能力”。

　　而令谷歌公司心心念念的是“作为通用产品的量子计算机”，他们希望借其解决现有计算机束手无策的各种难题，如帮助开发应对气候变化的新材料、抑制全球大流行病的药物等。

　　要解决设想中的难题，现在的量子比特数远远不够，谷歌计划将量子比特的数量增至100万个，还将解决计算时出错这一最大的难题。但增加量子比特意味着计算机的布线和控制更困难，因此需要大规模技术创新，为此谷歌已在美国加州设立了新的研发基地。

　　另据《科学》杂志报道，去年9月美国IBM公司称，将在2023年前建造一台包含1000个量子比特的量子计算机，同时提高容错率。

　　从国家层面来看，2018年，美国在以量子计算机为核心的量子信息科学领域敲定了国家战略，实施了在5年里最多投入13亿美元的美国《国家量子倡议法案》。

　　中国：弯道超车实现“量子霸权”

　　《设计新闻》网站的报道指出，制造量子比特有几种不同方法：超导、光子、离子阱和半导体（硅）中的电子自旋。

　　目前，谷歌和IBM一直致力于利用零电阻超导电路开发量子计算机，其核心研究目标是增加可操纵的量子比特数量，并提升操纵的精度，最终应用于实际问题。

　　在这方面，中国已经后来居上。据《科学》杂志报道，今年5月，潘建伟院士团队宣布成功构建了目前超导量子比特数目最多、包含62个比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”，并实现了可编程的二维量子行走，在量子搜索算法、通用量子计算等领域具有潜在应用。今年6月，研究团队再接再厉，成功将“祖冲之号”从62超导量子比特提升到66超导量子比特，从而最短能在1.2小时内完成世界最强超级计算机8年才能完成的任务。