川观新闻记者 徐莉莎

“谁先做出量子计算机

谁就占据全球科技创新高地”

说这话的，是中国科学院院士、中国科学技术大学教授——郭光灿。

中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿（电子科技大学供图）

量子计算、量子通信、量子测量是量子科技的三大应用领域。

在三大发展方向中，最有想象力的是量子计算。与传统计算机相比，量子计算机的计算速度和运算能力都有极大提升。

来个例子感受一下

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2019年谷歌表示，他们研发的53个量子比特超导芯片，可以在200秒内，完成目前世界上最快的超级计算机需要1万年才能够完成的计算。

这就好比电子计算机和算盘的对比

两者的算力差别显而易见

随着信息技术发展，我们总是希望手机、电脑、各种智能终端“快一点，再快一点”，实际就是对计算能力的需求提升。中国科技大学教授朱晓波说，这背后至关重要的，就是我们现在的半导体工艺。

计算机的运算能力在不断提升。但不论跑多快，脚上穿的始终还是“半导体工艺”的鞋。它遵循着信息技术领域熟知的摩尔定律，即集成电路芯片上所集成的电路的数目每隔18个月就翻一番，也就是微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格却下降一半。现在我们实现了摩尔定律的15倍能级，晶体管数量500万倍增长。但是，随着技术的发展，我们达到了摩尔定律的终结阶段，增长曲线越来越慢，集成电路的数目已经要接近其极限了。

科学家们在寻找“一双新鞋”，从根本上替代半导体计算机模式。他们把目光投向具有“叠加态”的量子。

中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心副研究员姚尧说，传统的二进制计算机里通过0和1表示信息单位，量子计算则以量子比特作为信息单位。

因为量子的”叠加态”，一个量子比特既处于“0”又处于“1”的状态。这种叠加状态让量子计算机可以拥有超强的并行能力，极大提高计算速度和信息处理能力。

算力的指数级提升，为核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造、药物设计、金融分析等提供了支撑。因此，量子计算机被称为未来秒杀超级计算机的“神算子”、 传统计算机的“掘墓人”。

那我们啥时候能用上量子计算机呢？

如今，美国、欧盟、日本、中国等国家政府大力投入，IBM、Google、Intel、Microsoft、阿里、华为、腾讯、百度等产业巨头竞相投入巨资研发，量子计算芯片量子比特位数得到不断提升。

业内有一个共识，当量子计算机的算力超过当今最好经典计算机的时候，称为实现了“量子霸权”。2019年谷歌的研发成果，就是首次实现“量子霸权”的里程碑事件。

尽管现在研究如何实现量子计算的方案很多，问题是对多个微观量子态的操纵太困难了。

姚尧说，通用计算机需要百万级的量子比特。因此，要实现通用化的量子计算机难度非常大。

美国国家标准与技术研究院曾大胆预测：10亿美元级别投入，15年的时间，有望研制出通用量子计算机。

但业内专家认为，这个预测过于乐观。从90年代初提出量子计算的概念至今，近30年过去，目前人类的研究还处在比较基础的科学研究阶段。

中国电子科技网络信息安全有限公司研究院徐兵杰告诉记者，实现实用化通用量子计算机技术难度很大，是一个长期任务。

第一阶段的任务是实现量子霸权，即针对特定问题的计算能力超越经典超级计算机，这一阶段性目标已逐步实现；第二个阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统，专用量子计算机有望在5-10年实现突破；第三个阶段是实现可编程的通用量子计算机，还需要全世界学术界、工业界的长期艰苦努力。

文章来源：《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1106/352.html

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