白話文科普：我國量子計算超越谷歌100萬倍，技術路線有何不同

今年9月，我國中科大的潘建偉團隊宣布實現在量子計算上達成50個光量子的操控，性能超越谷歌去年宣布的53個量子比特計算機100萬倍，並將在今年底前實現60個光量子的操控，五年內實現1000個光量子。

這裡肯定有很多人不解，為什麼谷歌去年就實現了53個物理比特(transmon)，而我國中科大今年僅僅實現了50個光量子的操控就能比谷歌快100萬倍呢？

是自嗨還是造假，還是有我們所不知道的學術問題在裡面。

其實這裡涉及到學術用語，普通人可能很難區分。我國中科大團隊宣布的是實現「50個光量子操控」，而谷歌宣布的是實現「53個量子比特」，這裡面還是有區別的。

量子計算所涉及的兩個核心要素

量子計算是近些年號稱能改變人類文明的「第三次信息革命」，各國都在抓緊大力研製，生怕落後。

由於量子目前是剛起步，離實際應用還差的很遠，所以各國的量子計算都還處在萌芽階段，到底該往哪個方向走，如何突破，如何產業化，量子計算的應用場景等問題，都還沒有統一的看法。

但核心要素還是一致的，影響量子計算性能和速度的主要有以下兩個要素：

• 量子比特數量

量子計算機的核心就是能製造和操控量子比特數，數量越多，其性能呈2ⁿ的指數級增長，非常恐怖，科學家預測只要超過50個量子比特數，其算力就可以超越經典計算機，實現量子霸權。去年穀歌宣布達成53量子，實現量子霸權，而我國今年也超越谷歌100萬倍，間接宣布實現了量子霸權。

光量子的操控

• 保真率

但目前的技術障礙就是，能製造和操控那麼多的量子，但控制和維持量子信息不易，在實際運算中量子比特的穩定性和操控性並不高，甚至保真率只有0.1%。

一般來說，除非將量子位冷卻到接近絕對零度(-273攝氏度，或0開氏度)，否則量子位中存儲的量子信息通常很快就會丟失。

如果保真率不高，實現再多的量子比特也是白搭。

中科大和谷歌的路線有何不同

知道了影響量子計算的基本要素，我們回過頭再看中科大和谷歌有何不同。

其實中科大和谷歌的技術突破目前主要是集中在第一個核心要素：量子比特數。

但兩家實現的方式卻大不相同。

為了讓大部分人能看懂，這裡就不說學術用語了，以最簡單直白的語言讓大家了解一下其中的區別。

• 谷歌的量子比特

谷歌的量子比特走的是比較務實的路線，一個可操控的糾纏態量子實現一個量子比特位。這個就比較好理解了，53個量子的操控，就是53個量子比特，跟經典計算機的比特是一個道理。

• 中科大的光量子操控

中科大一開始就跟谷歌不同，他們從光量子中提取出量子的三個物理狀態，如路徑、偏振、角動量等特質，利用這些物理狀態進行複雜的糾纏從而實現最終的量子比特，以少量的量子就可以實現三倍的比特數。

這個要怎麼理解呢，給大家舉個例子：

當谷歌宣布實現20個量子比特的時候，我中科大也宣布實現18個量子比特，但谷歌實現的是20個量子的操控，而我國僅用了6個光量子，就實現了三倍的比特數，也就是18個量子比特。

聽懂了嗎？也就是說我國科學家可以用很少的可操控量子實現三倍的比特數。

現在再回過頭看看這次中科大的申明，實現了「50個光量子的操控」，如果技術路線跟上次18比特時沒有變化，按谷歌的算法應該是50×3=150個量子比特。

比谷歌的53個量子比特足足多了接近100個！翻了三倍。

中科大以光量子的三個狀態實現糾纏，等於量子比特數增加三倍

現在你能理解為何我國能超越谷歌100萬倍了吧？不過從這個宣布的方式可以看出，我國科學家還是很低調的，並沒有直接宣布150個量子比特，而是含蓄地說了50個光量子操控。

全球各主要量子計算團隊的主攻方向

由於量子計算尚處在初級階段，目前世界各主要量子計算團隊的技術主攻方向也不盡相同，並沒有統一的標準，這裡再簡單給大家介紹一下。

第一梯隊：中科院和谷歌

這兩家是全球主要量子計算的領導者，主攻前沿技術，其中以實現更多的量子比特為主。

美國第二梯隊：英特爾和IBM

英特爾和IBM屬於實用主義，以產業化為前提，求穩求量產，主攻量子比特的保真率，以10個以下的量子比特實現商業實用，屬於跟隨團隊。

IBM的量子計算機

中國第二梯隊：阿里和合肥本源

阿里和合肥本源也是實用主義，但跟美國團隊有所不同是都以提供量子云計算為主，主攻量子比特的保真率，屬於中科大的成果轉化企業。

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這樣的布局很好，前面由中科大去衝，取得成果後，交給企業去轉化成果，各司其職。

雖然量子計算離實用化還很遠，鹿死誰手也尚未可知，但起碼目前我國仍屬第一梯隊，未來可期。