新「中國名片」:我國量子計算機比美國谷歌快100萬倍!領跑世界

2020-12-01 騰訊網

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當前，在全球科技競賽中，大眾的目光都聚焦於各國在5G領域的技術博弈，但5G技術並非是影響未來科技和經濟發展的唯一技術。實際上世界各國在人工智慧、量子計算、半導體和無人駕駛領域也正展開激烈競爭。

就拿被比作算力領域「5G」的量子計算來說，已經被諸國視為科技PK的「必爭之地」：歐盟投入11.6億美元實施量子旗艦計劃、印度計劃5年內投資10億美元用於量子計算研究、日本計劃10年內在量子計算領域投資3.6億美元、英國投入2.5億美元在牛津大學等高校建立量子研究中心培養人才……

那麼一向在全球科技競賽中保持領先地位的中國和美國，雙方關於「量子技術」的比拼，誰更勝一籌？

1900年，德國物理學家M·普朗克提出了現代物理學的重要概念——量子，這個詞來自拉丁語quantus，意為「有多少」，代表「相當數量的某物質」。120年後，人類已經進入量子時代，基於量子規律的新技術不斷湧現，其中最引人注目的就是量子衛星、量子通訊、量子計算機的出現，可以說，量子技術是現代科學最前沿、處於金字塔尖的應用研究。

具體來看，目前佔優的一方：量子計算領域美國領先，量子通信領域中國領先。

據日本經濟新聞社出資的Astamuse統計，2014～2018年，美國在量子計算機領域的研究論文數量為1948篇，排在世界第1位；中國為1495篇，排在第2位；依次往下排名是德國、英國和日本。

何為量子計算？先講講經典計算機，其存儲的信息單位是bit（比特），比特使用二進位，也就是說一個比特表示的不是「0」就是「1」。打個比方，經典計算機中的一個比特是「開關」，只有開和關兩個狀態，而量子比特是「旋鈕」，就像收音機上調頻的旋鈕，擁有無窮的多個狀態。

因此，量子計算機的特性就是神速，舉個例子，世界最強的超級計算機是神威·太湖之光，運算速度是每秒9.3億億次；而一臺50量子比特的運算速度達到每秒1125億億次，瞬間秒殺。也就是說，量子計算可以快速解決一些傳統機器無法解決的計算問題，但這也意味著分分鐘就能破解傳統的加密技術。

據波士頓諮詢發布一份報告預測，在不考慮量子糾錯算法的進展情況下，2035年全球量子計算應用市場規模將達到近20億美元，2050年達到2600億美元；若量子計算技術迭代速度超出預期，2035年市場規模可突破600億美元，2050年則有望飆升至2950億美元。

正因量子計算機有很多經典計算機所無法比擬的優點，以及投資前景良好，谷歌、IBM、英特爾等科技巨頭都已紛紛入局，搶奪高地。目前在超導量子計算方面，中國的中科院量子信息和量子科技創新研究院、Google量子人工智慧實驗室、IBM並稱國際上最強的三家機構。

不過去年1月份IBM就已經公布了全球首款商用量子計算原型機，到9月份谷歌宣告在全球首次實現「量子霸權」，稱其量子系統花費約200秒完成傳統超級計算機要1萬年才能完成的任務。那麼中國在量子計算領域的研究進展如何呢？

雖說整體來看，中國與美國在量子計算方面至少有4~5年的差距，但並非是「卡脖子」的狀態，據21世紀經濟9月初報導，近日我國「量子之父」潘建偉教授在公開課演講上向公眾透露光量子計算機最新進展：已經實現了光量子計算性能超過谷歌53比特量子計算機的100萬倍。

需要一提的是，經過二十餘年的攻關，我國在量子通信領域取得了一批世界領先的創新成果。從「墨子」號量子衛星成功發射，到量子京滬幹線正式開通，再到國際上首次實現的多維度量子隱形傳態等，中國在量子通信領域繼續領跑世界。

Astamuse數據顯示，在有關安全保障的量子密碼相關領域，中國佔據優勢，論文數量為2169篇，是美國（1051篇）的2倍，排名世界第一。另外在包括傳感器在內的整體論文數量上，中國也排在首位。

正如外界所見，中國的趕超之勢無法阻擋，而為了確保美國在人工智慧，量子信息科學（QIS），5G通信以及其他關鍵新興技術保持領導地位，焦急的美國也採取了一系列行動，比如，8月底宣布將向人工智慧、5G和量子計算研究投入10億美元，並在全美範圍內建立了12家新的AI和QIS研發機構。

文 | 李澤鈽 題 | 凌明 圖 | 饒建寧 審 | 程遠

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