綜述：量子計算競爭面臨關(guān)鍵時刻

新華社華盛頓11月19日電 綜述：量子計算競爭面臨關(guān)鍵時刻

新華社記者 林小春

近日，美國IBM(國際商用機器公司)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節(jié)，但這一事件說明“量子霸權(quán)”爭奪戰(zhàn)正進入關(guān)鍵期，不過量子計算距實際應(yīng)用仍有距離。

“量子霸權(quán)”激烈競爭

過去18個月中，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)(即相干時間)能維持創(chuàng)紀錄的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的50量子位處理器原型。

50量子位被認為是量子計算中的一個里程碑。業(yè)界討論中常用的一個詞是“量子霸權(quán)”，這是指如果量子計算機的計算能力超過經(jīng)典計算機，就實現(xiàn)了相對于經(jīng)典計算機的“霸權(quán)”。有觀點認為，量子計算機在有50量子位后就能實現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

業(yè)界巨頭在為這個目標激烈競爭。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。”

超導(dǎo)量子計算是實現(xiàn)量子計算的一種方式。就在一個月前，英特爾宣布推出17量子位超導(dǎo)計算測試芯片。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊曾于今年5月宣布實現(xiàn)10個超導(dǎo)量子比特的糾纏，在基于超導(dǎo)體系的量子計算機研究方面取得突破性進展。

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

“很顯然，建造量子計算機現(xiàn)在是一個世界范圍內(nèi)的競賽，”阿倫森說，“IBM的宣布并不會使競賽平息，因為真正的問題不是有多少個量子位，而是能用這些量子位做些什么。”

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)細節(jié)，所以他在表示祝賀的同時，也有一些疑問，包括該處理器原型的相干時間到底是多少？使用了多少量子門？這個系統(tǒng)足以進行“量子霸權(quán)”演示嗎？

“量子位的數(shù)量遠不是唯一的關(guān)鍵因素。否則按這個算的話，(加拿大)D波公司已在銷售的一個系統(tǒng)已經(jīng)有2000個量子位了，問題在于這些量子位似乎沒有足夠好的相干時間，以至于該系統(tǒng)沒有任何方面明顯勝過經(jīng)典計算機。”他說。

D波公司的系統(tǒng)與IBM、谷歌等研制的系統(tǒng)完全不同，它無法進行邏輯門運算，相干時間也難以考據(jù)，許多研究人員認為稱它為量子計算機不妥。

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個量子位連在一起性能如何。

“對于超導(dǎo)量子計算機，印制成千上萬個量子位并不是根本性的難點，難點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。”

量子計算實用尚需時日

阿倫森提醒，即便將來實現(xiàn)了“量子霸權(quán)”，距量子計算進入實用可能還需要一段時間，“我們目前最好的猜測是，以比任何經(jīng)典計算機快得多的速度來解決‘實際’問題，可能至少需要100到200個量子位”。

他預(yù)測，量子計算的第一批應(yīng)用將涉及量子物理本身的模擬，以進一步了解在工業(yè)上起重要作用的化學(xué)過程、設(shè)計新藥物、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算機來解決其他任務(wù)，包括破解密碼等。

“從IBM、谷歌、微軟和許多初創(chuàng)企業(yè)和風險投資公司目前在這個領(lǐng)域投入巨資的角度看，量子計算已經(jīng)走向商業(yè)化了，”阿倫森說，“但如果從量子計算機達到比經(jīng)典方式更快解決問題的標準看，量子計算尚未商業(yè)化，可能再過一些年也不能商業(yè)化。”

王晨同樣認為，從實際應(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)典計算機無法做的運算。

“真正意義上的數(shù)字化量子計算需要大量的量子位來存儲少量信息，以實現(xiàn)可糾錯運算，這個方面我們現(xiàn)在還差得比較遠，”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)模擬和計算，幾百、幾千個量子位可能就可以有用武之地。”

對于中國的量子計算研究，王晨認為，雖然中國超導(dǎo)量子系統(tǒng)的研究開展得相對較晚，但目前有好幾個組集中力量在做，進展很快。“現(xiàn)在大家的競爭主要是學(xué)術(shù)層面的，實驗上需要一些技術(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”。