世界第一颗量子科学实验卫星 '墨子' 号, 于2017年7月打破了量子隐形传态的纪录. 这次成功, 将中国带到远距离超安全量子通信技术的前沿. 也是在这一年, 世界首条量子保密通信干线—— '京沪干线' 正式开通.
从美国到欧洲, 从顶尖科研机构到科技企业巨头, 围绕量子技术的攻关已全面展开, 量子革命引发的新一轮科技竞赛如火如荼.
竞赛
近日, 阿里云量子实验室首席科学家, 之江实验室副主任施尧耘对2018年实现 '量子霸权' 表示乐观, 同时预测几大世界级科技公司将出现量子霸权混战, 上演量子计算年度大戏.
所谓 '量子霸权' (quantum supremacy) , 是加州理工学院物理学家 John Preskill 发明的新词. 通俗的解读是: 超级计算机目前的计算能力相当于拥有 5 到 20 个量子位的量子计算机, 但当量子芯片的量子位达到约 49 个以上时, 量子计算机的能力会彻底地将超级计算机甩在身后.
量子计算的领先者——Google在2017年4月份宣布推出49量子位处理器. Google首席科学家John Martinis曾公开表示: 为率先登顶 '量子霸权' , 他所带领的团队正在利用49量子比特模拟系统攻克经典计算机无法解出的难题.
而半年后, 美国IBM公司却抢先一步宣布成功研制20量子位的处理器, 推出50量子比特的所谓 '量子计算原型机' , 有望在2021年前推出首个在金融领域的量子计算应用. 这无疑是对Google的 '量子霸权' 算法提出挑战. 另一方面, IBM至今未公布 '量子计算原型机' 的详细性能和测试结果.
随后微软也推出了其通用量子计算研发计划以及全栈开发和模拟器, 虽然还未公开展示硬件设备. IonQ, Quantum Circuits等企业和日本理化研究所 (RIKEN) 也进行着投资硬件开发, 不过它们尚未宣布研发成果.
初创企业D-Wave和日本NTT虽然都实现了2048个物理量子比特, 但两个系统都没有完成通用量子计算的全部能力, 仅仅适用于解决优化问题, 分子动力学, 深度学习训练和推理等.
去年科技巨头争相宣布实现量子比特数量的突破, 而更进一步的是要看量子纠缠操纵精度, 相干特性, 逻辑门保真度等指标, 这才是主要的难点. 由此可以预见2018年有关量子计算的竞争将持续升级.
英特尔公司副总裁兼英特尔研究院院长Michael Mayberry此前接受第一财经记者书面采访时表示, 量子计算就是并行计算的终极目标, 目前量子计算仍处于初期阶段, 距离解决工程规模的问题可能还需要5~7年. 而从商业角度看, 量子计算可能需要100万甚至更多的量子位才能有实用价值.
落地
在世界级科技企业日益升级的较量之外, 政府在量子信息科学的前沿基础研究和高技术发展中起到重要的引领作用, 各国围绕着量子技术的攻关已全面展开.
欧盟在论证和决策量子重大计划方面进行了部署. 2015年发布的《量子宣言》, 以10亿欧元打造量子科技旗舰项目, 已于近期启动.
而美国在量子计算领域动作更为迅速: 在理论方面推进量子信息科技学科建设, 在应用技术方面研发高性能计算系统. 目前, 这两项工作都被提升到国家战略层面, 政府投资每年达到3.5亿美元.
2017年 '中国队' 在量子通信领域迅速走向前沿: 世界首颗量子通信实验卫星完成目标; 世界首条量子保密通信 '京沪干线' 开通; 世界首次洲际量子通信. 除此之外, 虽然起步晚于欧美, 中国科研机构和科技巨头目前正协同攻关, 目标就是实现量子计算领域的 '弯道超车' .
中国科学技术大学潘建伟团队去年5月, 完成参与研发的世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机, 实现了10个超导量子比特纠缠. 据悉, 中国正建造一座投资 100 亿美元的量子计算应用研究中心. 量子信息国家实验室一期计划总投资约70亿元, 预计将在2020年筹建完成; 近期 '量子通信与量子计算机' 科技创新2030重大项目也已报国家有关部门, 还在等待决策.
去年年底, 日本国立情报学研究所, 电信巨头NTT公司以及东京大学携手研制该国首台量子计算原型机, 使日本跻身国际量子竞赛活动行列. 日本首次明确表示在未来的 10 年里在量子计算领域投资3.61亿美元, 紧跟中美加入量子科技竞赛.
虽然对于国家科研机构和商业巨头而言, '量子霸权' 仍堪称标杆性意义. 但是施尧耘指出 '量子霸权' 可能会误导一些科学家, 这不应是最终目标, 真正的检验标准应是量子计算能否解决实际问题.
现在量子计算机的商业化前景的确正在逐渐明朗. 量子技术泰斗级人物, 日内瓦大学量子科学家Nicolas Gisin教授曾对第一财经记者表示: 量子算法的程序非常难写, 企业需要时间来定制新的算法. 对于这种颠覆性技术敞开大门的永远是信息密集的高度数字化的市场, 而最先使用量子技术的也是对变量极度敏感的行业, 比如金融服务业, 健康医疗业, 物流业和数据分析机构.
2018年 '量子霸权' 升级, 但量子计算的实用化, 商业化却是刚刚开始, 量子计算机在真正商业化从而改变人们日常生活之前还有很长的路要走. 随着量子计算研发的投入增加, 如果没有长期可持续的研发和商业化战略, 任何一个竞争对手的短期量子优势都将不复存在.