商用量子计算机已具备，但短期内仍难以解决实际问题

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量子计算机已成为引发激烈竞争的技术前沿。而且，相关的竞争也愈演愈烈。

最近备受关注的是两大科技巨头在该领域的进展：IBM上个月宣布将于今年10月中旬正式发布53个量子比特的商用量子计算机； ，谷歌研发团队在一篇论文中透露，首次实现了量子霸权。

与经典计算机非常不同

据外媒报道，IBM 即将推出的 53 量子位量子计算机将通过云端向客户开放。

这个量子计算机系统将成为 IBM 位于美国纽约州的新量子计算中心的一部分。该中心拥有五台 20 量子比特的量子计算机，计划在 10 月增加到 14 台。 IBM 承诺开放 95% 的量子计算机服务。

在 1990 年代，许多开发量子计算机的科学家被认为是“骗子”。如今，量子计算机已成为热门的前沿技术领域，其发展前景也被众多科技公司所看好。

那么，究竟什么是量子计算机？

“量子计算机从底层到运行方式都与经典计算机完全不同。”中国科学院物理研究所研究员、固态量子信息与计算实验室主任范政介绍，量子计算机遵循量子力学原理，以量子比特为基本量子信息单元，具有量子纠缠的特点。 , 连贯叠加, 旨在解决实际和科学问题。

举个简单的例子，经典计算机最基本的单位是0和1组成的位，一个量子位可以是0也可以是1，包含的信息量更大。

“实现量子计算的必要条件包括可扩展性、初始化、长相干等。”范政表示，其中可扩展性意味着增加量子比特的数量，实现大规模量子计算；相干时间是保持量子相干性的量子态，可用于逻辑运算。

从用途来看，量子计算机可以分为专用型和通用型两种。专用计算机可以解决特定问题，但不能解决所有问题；通用量子计算机可以解决更多问题。

量子霸权在量子计算机的竞赛中具有特别重要的意义。

量子霸权是如何实现的？业界普遍认为，量子霸权是指如果一台量子计算机的计算能力在某个问题上超过最强大的传统计算机，将实现相对于传统计算机的“霸权”。业界认为，如果能有效操控约 50 个量子比特，就可以实现量子霸权。

据外媒报道，谷歌用来实现量子霸权的量子计算机有53个量子比特。

在能否解决实际问题的边缘

总的来说，目前量子计算机的发展水平如何？

“大约 50 个量子比特的量子计算机处于能够解决实际问题和无法解决实际问题的边缘。”中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室韩正富教授在接受科技日报记者采访时回答说为什么不用量子计算机挖矿，短时间内很难，但并非不可能，让现有的量子计算机解决实际问题。

在韩正富看来，量子计算机未来的发展趋势非常明确：首先是打造量子计算机；下一步是增加量子比特的数量，提高量子比特的质量；应用软件也将成为核心竞争力。

“量子计算机的研发目前面临几个核心问题。”韩正富说。

这些挑战的一个方面涉及保真度，即量子计算机在计算中可以犯多少错误。误差越大，保真度越低。如果保真度足够小，计算结果就会不可靠，量子计算机就会失去存在的意义。因此，必须保证一定程度的保真度。

另一方面是保持量子相干性。因为量子计算机在计算过程中必须保持所有量子位相互纠缠，但外部环境干扰会扼杀量子相干性。因此，有必要想办法让量子相干性保持更长时间，以便在量子相干性消失之前完成计算任务。

“目前量子计算机的算法很少，这可能会影响未来量子计算机的应用前景。”范政指出。

但是，韩正富却给出了不同的看法。他认为，目前量子计算机领域的算法主要有两种。如果能建立起量子计算机，这两类算法的应用范围比较广，足以让我们解决很多问题。

“当然，如果有更多的新算法可以解决更多的问题，那就更好了。”韩正富说。

至于量子计算机会用什么材料，范宇介绍说为什么不用量子计算机挖矿，研究人员还在尝试，有很多可能性，比如超导材料、光子材料、原子材料等等。不管用什么材料，核心原理是适用于量子计算机的运算法则。

像盲人摸象一样探索和前进

韩正夫将量子计算机的发展比作“盲人摸象”。

“量子计算机的发展，相当于从现在的经典计算机从零开始，从头再来。材料、硬件、软件和算法等各个方面都必须重新考虑。”韩正富解释说，同时，没有案例可以借鉴，也没有人知道如何成功，所以每个研发团队只能探索和前进。

更不用说，研发过程中还会受到量子特性的各种限制，以及各种实际研发条件的限制。

尽管如此，量子计算机的诱人应用前景仍然令人觊觎。

“未来，量子计算机可以在人工智能、大数据处理、信息搜索、生物制药、物流优化等领域发挥重要作用。”范政说，以生物制药领域为例，量子计算机可以更好地对生物反应所涉及的量子过程进行建模。

多位业内人士告诉科技日报记者，谷歌、IBM、Deep-Wave等国外企业正在大力研发量子计算机，阿里巴巴、腾讯、华为等国内企业也纷纷建立量子计算机研发团队。

在国家层面，量子信息技术也受到了前所未有的关注。

2018 年，美国国会通过了《国家量子倡议法案》。根据该法案，美国将实施国家量子倡议计划，目标是在未来 10 年加速量子信息科学及其技术应用的发展。法案规定，美国总统必须成立国家量子倡议咨询委员会，掌握国家量子倡议项目和量子信息科学技术领域的进展情况。

欧盟委员会于2018年公布了“量子旗舰计划”，预计未来10年将投入10亿欧元用于量子研发。该计划的目标之一是巩固和扩大欧洲在量子技术研发方面的领先地位。

中国也非常重视量子通信和量子计算机的技术研发。其中，量子通信和量子计算机已被列入“科技创新2030——重大项目”。据相关报道，量子信息科学国家实验室的建设也在推进中。

“如果未来50年是量子计算机时代，没有量子计算机领域的相关核心技术，肯定会受制于人，谁也输不起这个领域的竞争。”范恒说。 （记者刘媛媛）

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