量子计算：一场接近“突破点”的竞逐

&＃xff15;量子比特、&＃xff11;&＃xff10;量子比特、&＃xff15;&＃xff10;量子比特&＃xff0c;一场你追我赶、争相领先的激烈竞逐近年来正在量子计算领域上演。

传统计算机要&＃xff11;&＃xff10;&＃xff10;年才能破解的难题&＃xff0c;量子计算机可能仅需&＃xff11;秒&＃xff0c;如此“洪荒之力”、酷炫前景各国岂能袖手旁观&＃xff1f;

去年底&＃xff0c;美国&＃xff29;&＃xff22;&＃xff2d;公司宣布推出全球首款&＃xff15;&＃xff10;量子比特的量子计算原型机&＃xff0c;量子计算领域的竞争进入关键阶段。

聪者听于无声&＃xff0c;明者见于未形

当魔幻般的理论在现实中推动进步&＃xff0c;各国的科研实力体现无疑。

在&＃xff29;&＃xff22;&＃xff2d;公司宣布成果的半年前&＃xff0c;中国科学家已发布世界首台超越早期传统计算机的光量子计算机&＃xff0c;实现&＃xff11;&＃xff10;个超导量子比特纠缠&＃xff0c;在操纵质量上也是全球领先。

从个位数到几十量子比特的进展&＃xff0c;各国你追我赶&＃xff0c;这到底是为什么&＃xff1f;

从&＃xff11;&＃xff19;&＃xff17;&＃xff10;年到&＃xff12;&＃xff10;&＃xff10;&＃xff15;年&＃xff0c;正如摩尔定律预测的一样&＃xff0c;每&＃xff11;&＃xff18;个月集成电路上可容纳的元器件数目约增加一倍&＃xff0c;计算机的性能也相应提升近一倍。但&＃xff12;&＃xff10;&＃xff10;&＃xff15;年后这种趋势就开始放缓&＃xff0c;极其微小的集成电路面临散热等问题考验。

如果按这个趋势继续发展&＃xff0c;当集成电路的尺寸接近原子级别的时候&＃xff0c;电子的运动也不再遵守经典物理学规律&＃xff0c;这个时候量子力学将起到主导作用。

上世纪&＃xff18;&＃xff10;年代&＃xff0c;科学家就已预言问题所在&＃xff0c;并提出量子计算才是方向。这也不约而同成为各主要国家关注的焦点。

传统计算机的基本数据单位是比特&＃xff0c;而量子计算机以量子比特衡量。有观点认为&＃xff0c;如果量子计算机能有效操纵&＃xff15;&＃xff10;个左右量子比特&＃xff0c;能力即超过传统计算机&＃xff0c;实现了相对传统计算机的“霸权”。这种“量子霸权”正是各科研机构竞相追逐的目标。

近来&＃xff0c;科技巨头纷纷宣布重要进展。除&＃xff29;&＃xff22;&＃xff2d;的&＃xff15;&＃xff10;量子比特计算机原型&＃xff0c;英特尔也在&＃xff11;月份宣布研制&＃xff14;&＃xff19;量子比特的测试芯片。但这些企业没有发布详细性能报告&＃xff0c;用词离不了“原型”和“测试”&＃xff0c;更没有宣称已经实现“量子霸权”。

这是因为量子比特光有“数量”不够&＃xff0c;还得有“质量”&＃xff0c;即通过纠缠等方式操纵量子比特互相关联&＃xff0c;才能有效利用它们进行量子计算。中国科学技术大学潘建伟团队去年&＃xff15;月实现的&＃xff11;&＃xff10;个超导量子比特纠缠&＃xff0c;就是有“质量”的量子比特&＃xff0c;但离“量子霸权”还有相当距离。

“很显然&＃xff0c;建造量子计算机现在是一个世界范围内的竞赛。”美国得克萨斯大学奥斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿伦森说。他认为&＃xff0c;未来一年左右将可能有人赢得“量子霸权”竞赛。

长风破浪会有时&＃xff0c;直挂云帆济沧海

人类已进入一个能看到量子计算机将要“出生”的时间段。中国科学院院士、量子计算专家、图灵奖获得者姚期智说&＃xff0c;这是“最后一公里”&＃xff0c;但也是一个非常艰难的过程。

业内专家指出&＃xff0c;量子计算需要克服环境噪声、比特错误和实现可容错的普适量子纠错等一系列难题&＃xff0c;真正量子计算机研发挑战巨大。

那么量子计算到底魅力何在&＃xff0c;让全球都不愿错失良机&＃xff1f;

起源于&＃xff11;&＃xff19;&＃xff10;&＃xff10;年普朗克所提理论的量子力学&＃xff0c;描述了看似魔法的物理现象。在微观尺度上&＃xff0c;一个量子比特可以同时处于多个状态&＃xff0c;而不像传统计算机中的比特只能处于&＃xff10;和&＃xff11;中的一种状态。

这样的一些特性&＃xff0c;让量子计算机的计算能力能远超传统计算机。美国谷歌公司等机构在&＃xff12;&＃xff10;&＃xff11;&＃xff15;年宣布&＃xff0c;它们的“&＃xff24;波”&＃xff08;&＃xff24;&＃xff0d;&＃xff37;&＃xff41;&＃xff56;&＃xff45;&＃xff09;量子模拟机对某些问题的求解速度已达到传统计算机的&＃xff11;亿倍。虽然它并不被认为是真正的量子计算机&＃xff0c;但量子计算的巨大潜力已经显露。

为加速进入量子计算机阵营&＃xff0c;各国政府纷纷加大投入。欧盟在&＃xff12;&＃xff10;&＃xff11;&＃xff16;年宣布投入&＃xff11;&＃xff10;亿欧元支持量子计算研究&＃xff0c;美国仅政府的投资即达每年&＃xff13;&＃xff0e;&＃xff15;亿美元。中国也在大力投入&＃xff0c;目前正在筹建量子信息国家实验室&＃xff0c;一期总投资约&＃xff17;&＃xff10;亿元。

如果“量子霸权”实现&＃xff0c;人类计算能力将迎来飞跃&＃xff0c;接下来就会是在多个领域的推广。一些行业巨头已经盯上了量子计算未来应用&＃xff1a;阿里巴巴建立了量子计算实验室&＃xff1b;中科院与阿里云合作发布量子计算云平台&＃xff1b;&＃xff29;&＃xff22;&＃xff2d;也在去年宣布计划建立业界首个商用通用量子计算平台&＃xff29;&＃xff22;&＃xff2d;　&＃xff31;&＃xff0c;还与摩根大通等公司合作计划在&＃xff12;&＃xff10;&＃xff12;&＃xff11;年前推出首个在金融领域的量子计算应用。

更不用说在军事、安全等敏感领域&＃xff0c;量子计算一旦成熟&＃xff0c;就可以攻破需要大量计算的传统难题&＃xff0c;比如密码破解等。

“我相信量子技术在&＃xff12;&＃xff11;世纪的重要性可与上个世纪的曼哈顿计划相比。”著名量子科学家潘建伟院士说。也就是说&＃xff0c;量子技术可能像曼哈顿计划造出原子弹那样改变世界格局。

潘建伟等中国科研人员正在不断取得成果&＃xff0c;在光与冷原子系统、超导系统等多种量子计算技术路线上同时发展&＃xff0c;希望在未来&＃xff11;&＃xff10;年&＃xff0c;实现上百量子比特的纠缠。

潘建伟曾用“笋”来比喻中国量子计算领域的发展。因为笋尖刚长出来时进展较为缓慢&＃xff0c;一旦长起来便越来越快。他说中国的量子计算就如“春笋”&＃xff0c;“我们的爆发式增长也已到了‘相变点’”。

原文发布时间为&＃xff1a;2017-01-23
本文作者&＃xff1a;光明网
本文来源&＃xff1a;今日头条&＃xff0c;如需转载请联系原作者。