 北京时间2019年10月23日，谷歌宣布之前他们递交了一个关于量子霸权实现的论文，得到了审核通过并公开发表。 这意味着他们在实验室阶段利用低温超导实验技术实现的量子纠缠和量子计算，得到的量子霸权结果被业界承认。 所谓量子霸权，就是量子计算机要实现超级计算机在短时间内无法实现的功能或者运算。 而美联社援引相关专家的话表示，此次谷歌原型机在200秒内实现的量子计算的结果，如果用类似中国的银河、曙光系列的超级计算机来进行运算的话，可能要运行很长时间。  谷歌的量子计算机 这个时间，甚至会是一万年。 1 新老巨头争霸 量子计算机的理论，最早产生于20世纪初。在经典物理学理论崩塌的那个时代，连续三年的诺贝尔物理学奖，都搬给了量子物理领域的研究团队。 其中，加州理工学院的理查德·费曼提出的量子纠缠与量子计算理论，在获得诺贝尔物理学奖之后，得到计算机业内广泛的认同。 这被看作是量子计算机的理论基础。 但直到21世纪第一个10年之后，几大主流的计算机公司都开展了基于量子计算的技术储备。 在这个时代，量子计算机仍然是沉浸于科幻小说之内的一个简单设想。 由于晶体管计算机的发展，几乎已经到了瓶颈。国际计算机理论研究界都认为，量子计算机一定是打破晶体管屏蔽的最主要的方式和手段。 谁能首先掌握量子计算机的技术，谁就能取得未来发展的先机。 因此美国政府已经将量子计算机列入国家层面必须严格对待的三大未来核心技术，并通过立法，每年向这一领域拨款超过20亿美元，的研发经费。 也因此，量子计算机的第一轮突破还是发生在美国。 2015年，在量子计算的历史上是一个分水岭。 这一年谷歌和IBM两大新旧巨头，纷纷投入技术和资本力量进军量子计算领域。 两家选择的方向完全不同。 IBM基于传统计算机研发能力以及技术的积累，选择了晶体管量子化的技术方向；而谷歌一门心思进入了低温超导条件下量子运算的技术研发。 这也被认为是当下实现量子计算技术最核心的两大流派。 经过一年的准备，2016年的时候，两方不约而同在一个月内，分别发布了自己的第一款量子计算芯片。  当然，相比较现在非常复杂的运算能力，当时那个芯片实现的能力可算非常简陋。 双方的芯片都只实现了一个量子比特的运算能力。 但毫无疑问，两大巨头的加入和技术的实施，终于将实验室中的理论构想落到了现实。这被业界看作推开了量子计算机技术的大门。 接下来的发展就非常有意思。 谷歌继续深化自己在低温超导实验室条件下的量子芯片的研发和系统的搭建。 而在2017年，利用晶体管技术已经达不到谷歌量子芯片相关的水平之后，IBM也转型到了超导量子计算的技术领域。 双方展开了在芯片的计算能力上的军备竞赛。 目前两方都掌握了超过50比特量子芯片的制造技术，IBM的商业化能力更强，而谷歌的系统搭建更加能发挥量子计算的优势。 就在谷歌宣布实现量子霸权前不到一周，IBM公布了自己所谓第一台可以实现商业化运营的量子计算机。 因此，量子霸权被突破的这个消息出来以后，IBM对谷歌的结果进行了大量的质疑。尤其是，他们认为利用IBM自己的巨型计算机，并不需要时那么长时间就能得出结果。 但不可否认的是，谷歌的现在的技术突破确实走到了IBM的前面，这样离能让人类正常使用的量子计算机的出现，又大大进了一步。 2 不得不做的准备 目前量子计算领域，显现出的是双强领跑，中美争霸的格局。 非常有意思，同样是针对于量子物理和量子纠缠的观察，中国大量的实验室将技术研发的方向转移到了量子通讯。 同样在IBM和谷歌发布第一款量子芯片的2016年，中国发射了全人类第一颗量子通讯实验卫星——墨子号。  这可能跟我们以往对于西方计算机技术的控制权不在手上，感到恐惧有关。 根据量子计算理论，与晶体管计算机不一样，量子计算机将天然是一个并行多任务的体系。 传统计算机通过调用资源存储，利用时间的叠加来完成对大量数据的运算；而量子计算机可以并行进行多源次多量次的计算。 根据相关的理论，一个12位的密码，如果利用晶体管计算机的话，计算超过20天才能解密；而利用128位的量子计算机的话，仅需要一秒钟。 但如果换作是同样的量子通讯，量子计算机的解密程度也就大大降低了。 这就解释了，为什么我们选择先入手的量子纠缠理论产生的技术是量子通讯。 但毕竟量子计算是当下世界最顶尖的技术，所以中科院的相关研究团队，在2017年也宣布正式进军量子计算领域。 与其他国家不太一样，中科院的相关的研究室其实已经在实验室中内实现了超过20比特的量子纠缠，这也是我们为什么可以制作墨子号量子通讯卫星的技术基础和储备。 但是将实验室内观察到的量子纠缠现象，变成可以商用的量子计算芯片，是一个非常艰巨的过程。 但如果我们不做的话，在这个领域被落下，就会是非常恐怖的一件事情。 庆幸的是，国内目前几个主流的应用团队，都已经纷纷展开对这一领域的研究。而且在2017年，中科院相关的研究团队、清华大学和阿里云，纷纷组建了量子计算的实验室或者应用公司。 其中中科院组建的本源量子是目前为止最成熟的量子计算商用化的平台。 他们的出现，意味着中国正式进入了这一领域。但实际上，我们与IBM和谷歌差了不仅仅是一年。 3 白手起家的追赶 这个领域因为非常新，所以没有后发优势。 连监测的仪器、甚至恒压的电源都必须自己开发，几乎等同于白手起家。 与传统的晶体管计算机不同，目前为止，量子的计算实现必须工作在接近绝对零度的环境下。而且它所显现出来的运算成果，也需要通过仪器去做观察，而不是直接显示出编程语言运行的结果。 换句话说，目前为止我们还有时间和机会，因为量子计算机还远远称不上可以商用。 2018年本源量子发布了第一款基于晶体管技术的实现三个比特的芯片以及基于低温超导技术实现六个比特的芯片。  这被看作中国正式进入量子计算领域的敲门砖。 但这背后确实有很多的问题。 一些是可以克服的，并且已经在这几家团队的内部进行协调和处理，比如监测器和软件，平台的操作软件以及相关结果的处理等等。 国内的几个量子计算平台，在这些上面已经展开了合理分布的研究和配合。  但也有一些问题，遇到了非常困难的局面。 比如恒温电源。 目前，能利用在量子计算领域的恒温电源，以美国为首的西方国家对我们是严格禁运的。 颇有讽刺意味的事，2000年以前中国是世界电源技术最好的国家。类似这样的恒温电源，当时是一些电源厂最主要的出口产品。 但由于使用面太窄，仅供量子物理实验室和航空物理实验室来使用，导致很多电源厂亏损。因此，在新的世纪，中国高端电源制造就逐渐没落了。 为了解决这个问题，国家部位正牵头组织中国科技大学的相关团队，以及南京大学的相关团队做技术研发和突破。 从实际的角度来看，没有五年我们解决不了这个问题。这成了阻挡中国量子计算技术突破的最主要的一个拦路虎。 但在实验室阶段，我们其实跟美国两大巨头的差距并不大。 晶体管技术实现量子计算的领域，IBM最多实现了24个比特，我们的实验室里基本上也能做到20个比特左右；而低温超导技术这个差距有一点大，我们现在能在实验室实现50个比特左右，像本源量子这样的公司，能在商用中制造20个比特计算能力的芯片。 最新的消息显示，IBM已经实现了52个比特的芯片；谷歌这边是超过70个比特的芯片。 国内的专家认为，在低温超导的量子计算领域，我们与国外最顶级的企业之间的差距，还有一年。 这与我们实际团队投入的时间，是成正比的。 结语 目前这已经变成了一场国运的战争。 两国的各个参与方和研究团队，每实现多一个量子比特的计算，就为抢占这一领域的优势增加了一码胜算。 庆幸的是，我们仍然没有掉队。 但如何保持这种压迫性跟随的姿态，以及如何能实现反超，其实是我们所有团队必须要考虑的问题。 不管谷歌和IBM现在有没有做秀的成分，他们已经是领先者。 在这个领域，赢者通吃。 好在战争刚刚开始，一切仍犹未晚。 |
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