量子計(jì)算何時(shí)才能使出“洪荒之力”？

　　摘要： 量子計(jì)算能夠帶來(lái)“速度革命”，節(jié)約人類最寶貴的時(shí)間，在爭(zhēng)奪量子霸權(quán)的路上，量子計(jì)算已經(jīng)引得谷歌、英特爾x、IBM等科技巨頭竟“折腰”，成為世界大國(guó)之間搶奪的戰(zhàn)略重地。

　　那么什么是量子計(jì)算，下面由賽智產(chǎn)業(yè)研究院研究員來(lái)為大家掀開(kāi)神秘面紗。量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元來(lái)進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式。其最小信息單元為量子比特，不同于經(jīng)典比特，量子比特可以同時(shí)處于“0”和“1”兩種狀態(tài)的疊加，來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行超速運(yùn)算。對(duì)于其“神算”的能力，有人曾說(shuō)過(guò)量子計(jì)算可以一秒破譯全世界所有密碼，雖然目前還沒(méi)有顯示其規(guī)?；瘧?yīng)用后的威力，但科學(xué)的發(fā)展不容悲觀，前進(jìn)是必然的趨勢(shì)。

　　一、量子計(jì)算由概念到算法

　　70年代，IBM的科學(xué)家R.Landauer及C.Bennet最早提出量子計(jì)算概念。80年代初期，阿崗國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的P.Benioff最先提出二能階的量子系統(tǒng)可以用來(lái)仿真數(shù)字計(jì)算;1981年費(fèi)曼在麻省理工學(xué)院演講時(shí)，也勾勒出以量子現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)計(jì)算的愿景。到了1985年，牛津大學(xué)的D.Deutsch提出量子圖靈機(jī)的概念，使得量子計(jì)算開(kāi)始具備數(shù)學(xué)模型。然而這時(shí)的量子計(jì)算研究還局限于十分抽象的物理計(jì)算本質(zhì)，并沒(méi)有進(jìn)入算法的階段。

　　科學(xué)家們對(duì)量子科學(xué)的探索熱情始終不減，20世紀(jì)90年代中期，量子算法取得重大突破，1994年Shor提出了分解大數(shù)質(zhì)因子的Shor算法，1996年Grover提出了量子搜索算法。量子算法的重大突破引發(fā)了量子計(jì)算在國(guó)際上的研究熱。2009年以后，多個(gè)重要的新量子算法相繼問(wèn)世，包括求解線性方程組的量子算法，稀疏體系的酉算符線性疊加算法，封閉量子體系的新量子模擬算法等，量子算法體系漸增，逐漸走向成熟。

　　二、我國(guó)量子計(jì)算研究領(lǐng)域碩果累累

　　中國(guó)科大陸朝陽(yáng)教授在第四屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)中發(fā)言：我國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)在光量子糾纏和量子計(jì)算領(lǐng)域一直保持國(guó)際領(lǐng)先地位。2017年5月，我國(guó)發(fā)布了世界上首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)。針對(duì)“玻色采樣”問(wèn)題，該原型機(jī)的處理速度比目前國(guó)際所有實(shí)驗(yàn)速度快至少24000倍，同時(shí)也第一次超過(guò)了人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)。2017年年底，將上線高精度十超導(dǎo)量子比特的云計(jì)算平臺(tái)，公眾可以在線體驗(yàn)量子計(jì)算。最近，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了18個(gè)光量子比特的超糾纏，進(jìn)一步刷新了該領(lǐng)域的世界紀(jì)錄。未來(lái)的突破指日可待。

　　2017年10月11日，量子計(jì)算云平臺(tái)“中國(guó)版”正式啟動(dòng)，量子計(jì)算的商業(yè)化落地近在咫尺，相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，云平臺(tái)“中國(guó)版”啟動(dòng)，開(kāi)啟量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化落地，第二次量子信息革命正在加速到來(lái)。2018年2月25日，中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院與阿里云宣布：在超導(dǎo)量子計(jì)算方向發(fā)布了11比特的云接入超導(dǎo)量子計(jì)算服務(wù)，這是全球第二家向公眾提供10比特以上量子計(jì)算機(jī)云服務(wù)的系統(tǒng)。

　　2018年4月20日，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明教授研究組在《科學(xué)》期刊子刊《科學(xué)·進(jìn)展》上發(fā)表的論文聲明，首次研究實(shí)現(xiàn)了25個(gè)量子接口之間的量子糾纏，是先前加州理工學(xué)院研究組保持的4個(gè)量子接口世界紀(jì)錄的6倍多。

　　我國(guó)量子計(jì)算研究成就不凡，研究人員在技術(shù)攻關(guān)之路上披荊斬棘，不斷的為后續(xù)規(guī)?；瘧?yīng)用積累成果。

　　三、量子計(jì)算的商業(yè)化進(jìn)程

　　加拿大量子計(jì)算公司D-Wave于2011年5月11日正式發(fā)布了全球第一款商用型量子計(jì)算機(jī)“D-WaveOne”。賣給谷歌的量子計(jì)算機(jī)速度據(jù)稱比普通計(jì)算機(jī)快3.55萬(wàn)倍。2017年1月，D-Wave公司又推出了D-Wave2000Q，聲稱該系統(tǒng)由2000個(gè)量子比特構(gòu)成。然而大多數(shù)從事基礎(chǔ)量子計(jì)算研究的實(shí)驗(yàn)室，所研究的系統(tǒng)涉及的量子比特?cái)?shù)目尚未達(dá)到上百個(gè)，2000個(gè)量子比特意味著，量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)具有解決實(shí)際問(wèn)題所具備的相當(dāng)?shù)囊?guī)模，具備商業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。相較之下，我國(guó)雖量子計(jì)算理論研究領(lǐng)先，量子通信的階段性成果顯著，但建成量子計(jì)算機(jī)卻任重道遠(yuǎn)。

　　由于量子計(jì)算算法復(fù)雜且人才稀缺，因此早期進(jìn)入量子計(jì)算市場(chǎng)展開(kāi)布局的公司，會(huì)提高行業(yè)壁壘，從而易在壟斷中獲取巨大利潤(rùn)，同樣早期采用量子計(jì)算的公司也將在其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出。優(yōu)秀的量子計(jì)算公司應(yīng)該是采用輕資產(chǎn)的商業(yè)模式，并注重和外界建立戰(zhàn)略合作關(guān)系。技術(shù)上將簡(jiǎn)單任務(wù)交給傳統(tǒng)計(jì)算，必要時(shí)調(diào)用量子計(jì)算，充分發(fā)揮所掌握的全部計(jì)算能力。賽制時(shí)代分析師認(rèn)為，量子計(jì)算新技術(shù)有望在2018年開(kāi)啟突破之路，可以預(yù)見(jiàn)的是，未來(lái)量子計(jì)算一旦進(jìn)入商用化階段，市場(chǎng)空間將急速膨脹。

　　有人認(rèn)為量子計(jì)算雖對(duì)科學(xué)理論研究具有巨大的推動(dòng)作用，但其商業(yè)價(jià)值不比科研價(jià)值。而賽智時(shí)代分析師認(rèn)為科學(xué)作為第一生產(chǎn)力，量子科學(xué)的落地必將極大地加速商業(yè)的發(fā)展。并且我國(guó)量子計(jì)算的發(fā)展離不開(kāi)以國(guó)家實(shí)驗(yàn)室為核心的學(xué)界和業(yè)界的緊密配合與良性互動(dòng)。