科技巨頭角逐“量子霸權”，量子通信概念脈動

世界第一顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子”號，于2017年7月打破了量子隱形傳態(tài)的紀錄。這次成功，將中國帶到遠距離超安全量子通信技術的前沿。也是在這一年，世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通。

從美國到歐洲、從頂尖科研機構到科技企業(yè)巨頭，圍繞量子技術的攻關已全面展開，量子革命引發(fā)的新一輪科技競賽如火如荼。

競賽

近日，阿里云量子實驗室首席科學家、之江實驗室副主任施堯耘對2018年實現(xiàn)“量子霸權”表示樂觀，同時預測幾大世界級科技公司將出現(xiàn)量子霸權混戰(zhàn)，上演量子計算年度大戲。

所謂“量子霸權”（quantum supremacy），是加州理工學院物理學家 John Preskill 發(fā)明的新詞。通俗的解讀是：超級計算機目前的計算能力相當于擁有 5 到 20 個量子位的量子計算機，但當量子芯片的量子位達到約 49 個以上時，量子計算機的能力會徹底地將超級計算機甩在身后。

量子計算的領先者——Google在2017年4月份宣布推出49量子位處理器。Google首席科學家John Martinis曾公開表示：為率先登頂“量子霸權”，他所帶領的團隊正在利用49量子比特模擬系統(tǒng)攻克經典計算機無法解出的難題。

而半年后，美國IBM公司卻搶先一步宣布成功研制20量子位的處理器，推出50量子比特的所謂“量子計算原型機”，有望在2021年前推出首個在金融領域的量子計算應用。這無疑是對Google的“量子霸權”算法提出挑戰(zhàn)。另一方面，IBM至今未公布“量子計算原型機”的詳細性能和測試結果。

隨后微軟也推出了其通用量子計算研發(fā)計劃以及全棧開發(fā)和模擬器，雖然還未公開展示硬件設備。IonQ、Quantum Circuits等企業(yè)和日本理化研究所（RIKEN）也進行著投資硬件開發(fā)，不過它們尚未宣布研發(fā)成果。

初創(chuàng)企業(yè)D-Wave和日本NTT雖然都實現(xiàn)了2048個物理量子比特，但兩個系統(tǒng)都沒有完成通用量子計算的全部能力，僅僅適用于解決優(yōu)化問題、分子動力學、深度學習訓練和推理等。

去年科技巨頭爭相宣布實現(xiàn)量子比特數(shù)量的突破，而更進一步的是要看量子糾纏操縱精度、相干特性、邏輯門保真度等指標，這才是主要的難點。由此可以預見2018年有關量子計算的競爭將持續(xù)升級。

英特爾公司副總裁兼英特爾研究院院長Michael Mayberry此前接受第一財經記者書面采訪時表示，量子計算就是并行計算的終極目標，目前量子計算仍處于初期階段，距離解決工程規(guī)模的問題可能還需要5~7年。而從商業(yè)角度看，量子計算可能需要100萬甚至更多的量子位才能有實用價值。

落地

在世界級科技企業(yè)日益升級的較量之外，政府在量子信息科學的前沿基礎研究和高技術發(fā)展中起到重要的引領作用，各國圍繞著量子技術的攻關已全面展開。

歐盟在論證和決策量子重大計劃方面進行了部署。2015年發(fā)布的《量子宣言》，以10億歐元打造量子科技旗艦項目，已于近期啟動。

而美國在量子計算領域動作更為迅速：在理論方面推進量子信息科技學科建設，在應用技術方面研發(fā)高性能計算系統(tǒng)。目前，這兩項工作都被提升到國家戰(zhàn)略層面，政府投資每年達到3.5億美元。

2017年“中國隊”在量子通信領域迅速走向前沿：世界首顆量子通信實驗衛(wèi)星完成目標；世界首條量子保密通信“京滬干線”開通；世界首次洲際量子通信。除此之外，雖然起步晚于歐美，中國科研機構和科技巨頭目前正協(xié)同攻關，目標就是實現(xiàn)量子計算領域的“彎道超車”。

中國科學技術大學潘建偉團隊去年5月，完成參與研發(fā)的世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機，實現(xiàn)了10個超導量子比特糾纏。據(jù)悉，中國正建造一座投資 100 億美元的量子計算應用研究中心。量子信息國家實驗室一期計劃總投資約70億元，預計將在2020年籌建完成；近期“量子通信與量子計算機”科技創(chuàng)新2030重大項目也已報國家有關部門，還在等待決策。

去年年底，日本國立情報學研究所、電信巨頭NTT公司以及東京大學攜手研制該國首臺量子計算原型機，使日本躋身國際量子競賽活動行列。日本首次明確表示在未來的 10 年里在量子計算領域投資3.61億美元，緊跟中美加入量子科技競賽。

雖然對于國家科研機構和商業(yè)巨頭而言，“量子霸權”仍堪稱標桿性意義。但是施堯耘指出 “量子霸權”可能會誤導一些科學家，這不應是最終目標，真正的檢驗標準應是量子計算能否解決實際問題。

現(xiàn)在量子計算機的商業(yè)化前景的確正在逐漸明朗。量子技術泰斗級人物、日內瓦大學量子科學家Nicolas Gisin教授曾對第一財經記者表示：量子算法的程序非常難寫，企業(yè)需要時間來定制新的算法。對于這種顛覆性技術敞開大門的永遠是信息密集的高度數(shù)字化的市場，而最先使用量子技術的也是對變量極度敏感的行業(yè)，比如金融服務業(yè)、健康醫(yī)療業(yè)、物流業(yè)和數(shù)據(jù)分析機構。

2018年“量子霸權”升級，但量子計算的實用化、商業(yè)化卻是剛剛開始，量子計算機在真正商業(yè)化從而改變人們日常生活之前還有很長的路要走。隨著量子計算研發(fā)的投入增加，如果沒有長期可持續(xù)的研發(fā)和商業(yè)化戰(zhàn)略，任何一個競爭對手的短期量子優(yōu)勢都將不復存在。