世界第一顆量子科學實驗衛星 '墨子' 號, 於2017年7月打破了量子隱形傳態的紀錄. 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幹線—— '京滬幹線' 正式開通.
從美國到歐洲, 從頂尖科研機構到科技企業巨頭, 圍繞量子技術的攻關已全面展開, 量子革命引發的新一輪科技競賽如火如荼.
競賽
近日, 阿里雲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 '量子霸權' 表示樂觀, 同時預測幾大世界級科技公司將出現量子霸權混戰, 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 發明的新詞. 通俗的解讀是: 超級計算機目前的計算能力相當於擁有 5 到 20 個量子位的量子計算機, 但當量子晶片的量子位達到約 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後.
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量子比特類比系統攻克經典計算機無法解出的難題.
而半年後, 美國IBM公司卻搶先一步宣布成功研製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' 演算法提出挑戰. 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.
隨後微軟也推出了其通用量子計算研發計劃以及全棧開發和類比器, 雖然還未公開展示硬體設備. IonQ, Quantum Circuits等企業和日本理化研究所 (RIKEN) 也進行著投資硬體開發, 不過它們尚未宣布研發成果.
初創企業D-Wave和日本NTT雖然都實現了2048個物理量子比特, 但兩個系統都沒有完成通用量子計算的全部能力, 僅僅適用於解決優化問題, 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量子比特數量的突破, 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採訪時表示, 量子計算就是並行計算的終極目標, 目前量子計算仍處於初期階段, 距離解決工程規模的問題可能還需要5~7年. 而從商業角度看, 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
在世界級科技企業日益升級的較量之外, 政府在量子資訊科學的前沿基礎研究和高技術發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年發布的《量子宣言》, 以10億歐元打造量子科技旗艦項目, 已於近期啟動.
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資訊科技學科建設, 在應用技術方面研發高性能計算系統. 目前, 這兩項工作都被提升到國家戰略層面, 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星完成目標; 世界首條量子保密通信 '京滬幹線' 開通; 世界首次洲際量子通信. 除此之外, 雖然起步晚於歐美, 中國科研機構和科技巨頭目前正協同攻關, 目標就是實現量子計算領域的 '彎道超車' .
中國科學技術大學潘建偉團隊去年5月, 完成參與研發的世界上第一台超越早期經典計算機的光量子計算機, 實現了10個超導量子比特糾纏. 據悉, 中國正建造一座投資 100 億美元的量子計算應用研究中心. 量子資訊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製該國首台量子計算原型機, 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 年裡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.
雖然對於國家科研機構和商業巨頭而言, '量子霸權' 仍堪稱標杆性意義. 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.
現在量子計算機的商業化前景的確正在逐漸明朗. 量子技術泰鬥級人物, 日內瓦大學量子科學家Nicolas Gisin教授曾對第一財經記者表示: 量子演算法的程序非常難寫, 企業需要時間來定製新的演算法. 對於這種顛覆性技術敞開大門的永遠是資訊密集的高度數字化的市場, 而最先使用量子技術的也是對變數極度敏感的行業, 比如金融服務業, 健康醫療業, 物流業和數據分析機構.
2018年 '量子霸權' 升級, 但量子計算的實用化, 商業化卻是剛剛開始, 量子計算機在真正商業化從而改變人們日常生活之前還有很長的路要走. 隨著量子計算研發的投入增加, 如果沒有長期可持續的研發和商業化戰略, 任何一個競爭對手的短期量子優勢都將不複存在.