日前，中國科學技術大學郭光燦院士團隊宣布，基於對半導體及超導量子比特的長期研究，成功研製出一套精簡、高效的量子計算機控制系統。這套被命名為本源量子測控一體機的系統，可以實現對量子晶片的操控並發揮其性能優勢。
儘管到目前為止，全球第一臺能夠實用的量子計算機離面世還很遠，但作為當前國際學界的研究熱點領域，量子計算機的控制系統是一大技術難點，不但成本昂貴，而且功能冗餘、兼容性和集成度都較差。
據郭光燦院士介紹，這套控制系統的基本功能是提供量子晶片運行所需的關鍵信號，並負責量子晶片傳回信息的處理，執行對量子電腦程式的編譯。它不僅能最大程度發揮量子晶片性能，還能應用於精密測量等更廣泛的科研領域。
我國預計2020年實現「量子霸權」
相較於量子計算機的控制系統的重要性，目前更重要的目標是率先實現「量子霸權」。所謂「量子霸權」是指，當量子計算機發展到50個比特時，計算能力將超越全球最快的傳統計算機，實現「稱霸」。
按照國家對量子信息科技在「十三五」期間的統籌安排和整體部署，科技創新2030「量子通信與量子計算機」重大項目的必要性和可行性都已得到充分論證。中科院量子信息與量子科技創新研究院也初步統籌了全國高校、科研院所和企業的創新要素和優勢資源，為量子信息科學國家實驗室的建立奠定了堅實的基礎。
今年7月3日，我國首次實現了18個量子比特糾纏，中國科學技術大學潘建偉院士及其同事陸朝陽、劉乃樂、汪喜林等通過調控6個光子的偏振、路徑和軌道角動量3個自由度，在國際上首次實現18個光量子比特的糾纏，刷新了所有物理體系中最大糾纏態製備的世界紀錄。
誰先奪取「量子霸權」，誰就掌握了技術制高點、標準制定權和輿論主導權，在產業競爭中佔據有利地位。在資訊時代，量子計算技術一旦突破，掌握這種能力的國家，會在經濟、軍事、科研、安全等領域迅速建立全方位優勢。
中科院量子信息與量子科技創新研究院副研究員張文卓向第一財經記者介紹道，量子計算機的研製目標分為三個階段：第一個階段就是「量子霸權」階段，目前美國在「量子霸權」的爭奪中暫時領先，我國預計在2020年左右實現「量子霸權」的科學目標，縮小與美國的差距；第二個階段是實用化量子模擬機階段，實現數百個量子比特相干操縱的專用型量子計算系統，應用於具有實用價值的組合優化、量子化學、機器學習等方面，指導新材料設計、藥物開發等；第三個階段是通用可編程的量子計算機階段，能夠相干操縱數億量子比特，實現可容錯的量子計算機，能在經典密碼破解、大數據搜索、人工智慧等方面發揮巨大作用。
「如果完成三個階段，意味著人類實現了量子計算機的夢想，這將是人類實現第二次信息革命，全面進入量子資訊時代的標誌。」張文卓對第一財經記者表示。
目前，全球都仍處於第一階段的競逐中。在美國，從谷歌到IBM，在中國，從阿里巴巴到騰訊，世界頂尖的科技公司都在競相建造出第一臺量子計算機。
2017年11月和2018年3月，IBM和谷歌分別宣稱實現了50個和72個量子位的原型機。然而兩家公司都沒有宣布實現「量子霸權」，也沒有公開相關測試結果，這意味著在技術上離實際的「量子霸權」還有一定的距離。
對此，張文卓向第一財經記者解釋稱：「這是因為量子晶片通過半導體工藝加工出來，量子位數目可以任意增加，但是僅有量子比特數目的增加是遠遠不夠的，更重要的是對多量子比特的相干控制的能力。如果一個晶片對多量子比特的相干控制能力沒有獲得好的測試結果，那麼這個晶片就沒有科學或實用價值。」
他還指出，目前經過嚴格同行評議並正式在國際學術期刊公開發表的最高質量測試結果是谷歌的9量子位超導晶片和我國的10量子位超導晶片。
儘管在量子技術領域，我國與發達國家的差距並非難以彌合，不過發達國家擁有長期形成的強大半導體工業基礎、人才資源儲備、精密儀器設備製造能力和高效的科技成果轉化鏈條，國際巨頭企業的介入也提供了強大的研發資金保障。而我國在量子計算研究相關的公共技術積累較少，特別是超導微納加工工藝方面，需要積蓄一段時間才能實現超越式發展。
量子研究事關國家安全
美國也在積極保持其量子領域的領先地位。去年10月，美國國會舉辦聽證會，討論如何確保「美國在量子技術領域的領先地位」。IBM宣布將投入30億美元研發量子計算等下一代晶片，微軟公司也與多所大學共建量子實驗室。
近日，美國又重申了應在量子領域持續加強投入。美國國家科學、工程和醫學學院近日發布報告認為，儘管能夠輕鬆破解當前主流加密算法的量子計算機未來10年內都不太可能出現，但美國若想在量子信息技術領域保持全球領先，還應在該領域繼續投入。
在這份名為《量子計算：進展與前景》的報告指出，鑑於量子計算當前的狀態和仍需應對的巨大挑戰，未來10年內「極不可能」出現能夠威脅「公鑰加密」的量子計算機，也很難預測何時會誕生實用型的量子計算機。不過，報告強調量子計算研究對國家安全影響顯著，全球很多國家重視發展量子信息科技，美國若想保持領先優勢，就應持續支持該領域發展。該報告有望推動美國「國家量子計劃法案」的通過，該計劃旨在加速量子計算研發，目前正待國會批准。
量子設備可以破解用於保護數字信息的加密。正如一些科學家正在研究量子計算機一樣，另一些科學家在研究量子安全技術。這種技術可以阻止這些未來機器的密碼破譯的能力。
在瑞士日內瓦大學的量子實驗室裡，第一財經記者看到研究人員正在使用黃色的雷射在量子中繼的實驗。量子中繼能夠讓量子加密的距離得以延伸，雖然並不是量子加密的必要條件。目前量子加密只能在有限的距離內工作。日內瓦大學的研究團隊最近還得出了一個新的發現，能夠表明有1600萬個原子被糾纏在了一立方釐米的水晶中。他們使用了一種新的研究方法，當光子穿過晶體的時候，會使原子在被重新發射前陷入糾纏。通過分析其統計特徵和重新發射光子的概率，之後就可以確定1600 萬個糾纏原子的數量。這種研究方法對於即將到來的量子革命有著裡程碑式的意義。
在大西洋彼岸的芝加哥，芝加哥大學可能是擁有全球最大的量子計算團隊的大學。該校的一個量子研究機構同樣正在探索量子中繼器。芝加哥大學教授戴維·奧沙洛姆（David Awshalom）表示：「我們還沒有做成，但我相信這將在未來幾年發生。
而中科大潘建偉院士的研究團隊也在進行量子存儲的實驗，並獲得了國際上綜合性能最好的結果。量子存儲是量子中繼的核心部分。「實現量子中繼的難度堪比量子計算機。」張文卓對第一財經記者表示，「量子中繼不但可以讓遠距離量子加密變得更加安全，更重要的是，可以為未來的量子計算機建立量子網絡。」據了解，中科大主要的量子存儲實驗室位於合肥。
同樣確定的是，中國在量子通信加密方面的領先優勢也非常明顯。美國橡樹嶺國家實驗室前研究員、量子加密技術公司Qubitekk總裁兼CEO鄧肯·厄爾（Duncon Earl）表示：「中國把量子研究作為與人工智慧等其它尖端技術一樣的戰略，美國再等就晚了。」
中國已經在量子加密傳輸數據網絡上投入數千萬美元資金，2016年8月發射的「墨子號」量子科學實驗衛星使用量子加密技術，成功實現了北京和維也納之間的視頻通話，並且使用衛星將量子加密傳輸的距離擴大到創記錄的4630英裡，而傳統的光纖線路的最大傳輸距離僅150英裡。此外，京滬量子通信地面網絡也已經投入使用，建設總長約為1200英裡。
歐洲知名量子技術專家、日內瓦大學教授、瑞士著名量子通信企業IDQuantique創始人尼古拉·吉森（Nicolas Gisin）對第一財經記者表示：「和中國所有的重大基礎設施項目一樣，中國的量子通信項目也得到了中國政府的大力支持。這是中國能夠在短時間內迅速趕上並有望超過歐美國家的重要因素。」
「京滬幹線的開通運營是中國量子通信一次重大的升級。」潘建偉院士團隊的陸朝陽教授表示。使用傳統通信方式時，竊聽者可以在光纖線路上的每個點攔截數據流進行竊聽，不過量子加密技術讓長達1200英裡的京滬幹線上的易受攻擊點減少到了幾十個。「這不是最終的解決方案，但就安全而言，已經是一個巨大的進步。」
圖靈獎獲得者姚期智教授此前在接受第一財經記者採訪時，對中國研製量子計算機的意義做出評價。他說道：「製造量子計算機的重要性遠遠超過只研究量子計算，因為這種大工程將會帶動技術的進步，通過激發科學家和工程師的潛力，創造出新方法和新技術，從而在工業發展、國家安全等諸多領域中作出有益於社會的貢獻。」