量子計算，我們一直在前進

2020-09-22 正德創投

本月12日，我國企業自主研發的6比特超導量子計算雲平臺已經正式上線，全球用戶可以在線體驗來自中國的量子計算服務。這是中國第一款量子計算機悟源，使用的核心硬體是6個量子比特的夸父晶片。

　　同樣本月16日，IBM 首次公布了其量子計算硬體的未來路線圖。目前該公司的量子處理器最高是65個量子比特，2021年計劃推出127個量子比特，2022年計劃推出433個量子比特，到2023年底爭取打造出超過1000個量子比特的晶片。

兩者對比，中國明顯落後不少，但總歸是邁出了量子實用化的第一步。

那麼，究竟什麼是量子計算呢？

量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式，它與現有計算模式完全不同。在理解量子計算的概念時，通常將它與經典計算相比較。經典計算使用二進位的數字電子方式進行運算，而二進位總是處於0或1的確定狀態。量子計算藉助量子力學的疊加特性，能夠實現計算狀態的疊加。它不僅包含0和1，還包含0和1同時存在的疊加態(superposition)。

簡單來說，量子計算機就是使用量子器件製造，利用量子的疊加與糾纏特性，運行量子算法與量子軟體的新型計算設備。在處理某些特定問題上相對於經典計算機具有指數級別的加速優勢，為密碼分析、氣象預報、石油勘探、藥物設計等所需的大規模計算難題提供了解決方案，並可揭示高溫超導、量子霍爾效應等複雜物理機制，為先進材料製造和新能源開發等奠定科學基礎。

　　長期以來，量子計算可以說西方的一種霸權特徵，因為在這個領域裡，它幾乎沒有競爭對手！

2019年10月，谷歌就發布一款53量子比特的處理器，只用了短短200秒，就完成了普通計算機需要10000年才能完成的計算量。

　　基於當時的技術環境，谷歌基本上算是建立了「量子霸權」。

　　一個300位大數，利用萬億次經典計算機分解，需要花費15萬年，而同等級別的量子計算機只需要1秒，是的，你沒有看錯，是1秒，1秒，1秒！

　　來自瑞典皇家理工學院的Martin Ekera和Google的Craig Gidney利用量子計算機，在8小時內就破解了世界上最安全的加密算法RSA-2048。

　　此事也可以說明，在量子計算機無比強大的計算力面前，任何密碼都將形同虛設。

　　2016年，IBM推出第一款量子計算雲平臺；2019年，亞馬遜、微軟也相繼推出了量子計算雲平臺。

　　目前，世界上最先進的量子計算機是IBM的65個量子比特。而在此之前，世界上真正能跟IBM掰掰手腕的量子計算雲平臺，只有5家，但是，中國一家都沒有！

　　在不斷面臨這種「量子霸權」，結合中國的實際國情，我們也開始發力了。

　　由中科大中科院量子信息重點實驗室的郭光燦院士和郭國平牽頭成立，成功研製出「悟源」超導量子計算機。。

　　此次發布的超導量子計算雲平臺，基於量子計算機「悟源」，搭載了6比特超導量子晶片夸父KF C6—130，保真度、相干時間等技術指標均達到國際先進水平。同時，為滿足普通用戶的體驗需求與專業用戶的開發需求，平臺提供了圖形化編程與代碼編程兩種量子計算在線編程方式。

為了讓用戶使用該平臺開發出更為多樣的量子算法與量子程序，本源量子公司還開發了量子編程框架「量子熊貓」（QPanda）與量子程式語言「量子音符」（QRunes），開發並推出了複雜網絡排序、手寫數字識別、用戶偏好行為預測3款典型的量子編程應用，供用戶學習使用。

雖然我們的量子計算機成果與國外相比還有較大差距，但以郭光燦院士和郭國平為首的中科大中科院量子信息研究團隊並沒有放棄追趕的步伐，反而爭分奪秒搶佔量子計算的核心專利，以追趕世界腳步，擁有與先進公司一爭高低的實力。

人類社會從經典技術時代跨越到量子的技術時代，其標誌就是量子計算機的發展。研究團隊已在研發下一代24比特超導量子晶片與量子計算機控制系統，預計在明年底將會推出60比特的「悟源」超導量子計算機。

相關焦點

  • 量子計算是量子處理器
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  • 未來的量子計算能為我們帶來什麼
    基於這種情況，在挖掘大數據潛在價值的過程中，量子計算將扮演重要角色。量子計算和大數據量子計算的發展與現代計算機在本質上是相近的，都依賴於硬體、算法、作業系統、應用軟體、雲端平臺的演進，進而孵化出一個萌芽中的量子計算產業生態。
  • 陳根：量子計算離我們還有多遠？
    20世紀40年代，圖靈精確定義了算法的含義，並描述了我們現在所稱的圖靈機（Turing machine）：可以執行任何算法的單一通用可編程計算設備。自此，量子力學進入了快速轉化為真正的社會技術的進程，人類在量子計算應用發展的道路上行進的速度也越來越快。如今，量子計算離我們已不再遙遠。
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    >作者：Mark Ritter, IBM研究院傑出研究員1981年，諾貝爾獎獲得者理察•費曼(Richard Feynman)建議計算機科學家們研發基於量子物理學的新型計算機。採用量子物理學原理來實現可靠計算之所以困難，其原因部分在於量子信息非常脆弱，因而需要將量子元件冷卻到接近絕對零度的溫度並杜絕電磁輻射，以使誤差最小化。這與我們目前所用的計算方法大相逕庭，必須重新規劃和設計整個計算基礎架構。但這些挑戰並未阻止物理學家和計算機科學家們的努力，目前已經取得了重大進展。
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