顏丶顏

雖然有很多的炒作和泡沫，但目前量子計算實際上還處於理論研究和原型概念驗證的早期階段。我們國家在量子計算上還落後於美國，但是在量子通信上已經是世界第一的水平。

量子計算對於大多數人來說很神秘，尤其是“量子霸權”這樣的概念讓人覺得好像誰掌握了量子計算的優勢誰就能稱霸世界。但事實上對於量子計算的研究不是為了替代傳統的計算機，就像發明火箭不是為了替代汽車一樣，兩者各有各的用途，甚至在大多數時候量子計算還不如傳統計算機。這是因為量子計算要結合特定的算法（例如：質因數分解的Shor算法和無序搜索的Grover 算法）才能發揮它的威力，但在目前階段量子計算還停只留在理論和概念的階段，遠遠還沒成為一種“通用技術”。

由於還處在早期，量子計算的“門派”和“學科分支”也有許多，屬於百花齊放的階段。但是一般而言，我們會用“量子比特位”的數量來作為衡量量子計算研究水平的一個主要參考。今年3月谷歌宣佈推出擁有72個量子比特的Bristlecone芯片是迄今為止最大的量子芯片，超過了IBM的50個量子比特和英特爾的49個量子比特。

從量子比特數量的角度來講，美國的確是超過我們，但“數量多”並不代表“質量好”，所謂的“量子霸權”很多時候屬於概念的炒作。阿里巴巴量子實驗室主任施堯耘說：“很多人都希望谷歌的這款處理器能夠實現量子霸權，但我們的結果表明，這種期待可能過於樂觀。” 就像之前所說的，量子計算在大多數時候的效率其實比不上傳統計算機，就像坐火箭去上下班在絕大多數時候還不如打車或者騎個自行車方便。

不過在這裡要提一句，在量子通信領域中國目前的確是在領跑世界，去年９月中國和奧地利科學家藉助“墨子號”衛星成功實施的世界首次相距7600公里的量子保密洲際視頻通話。和量子計算不同，量子通信主要的任務是保密通訊，而不是比計算速度。

其實對於每一樣新技術也好，黑科技也罷，從概念提出到真正的落地往往要經歷泡沫期、冷靜期、發展期和成熟期等幾個階段，把這些階段畫出來也就是著名的「Gartner曲線」。去年發佈的Gartner曲線中我們可以看到量子計算目前還處於泡沫期的上升階段，真正落地預計需要10年以上的時間。

高挺觀點

現代技術發展的速度總是超過人們的想象，技術發展的方向也將人們的生活帶向一個新的層次。在今年CES展上，因特爾宣佈了自己的研究成果，一塊49個量子位的量子芯片，而後三月，谷歌宣佈了一塊擁有72個量子比特的量子芯片，並且表明能夠進行實際運用，5月阿里達摩院也不甘示弱，推出了自己的量子電路模擬器“太章”，一時間量子計算的概念進入大眾視野，成為了焦點話題。

什麼是量子計算？根據維基百科的解釋，根據量子力學現象進行計算即為量子計算。談到量子計算，就必然繞不開兩點，疊加和糾纏。與傳統計算機基於晶體管的二進制不同，傳統計算機的二進制數字總是確定狀態的“0”或“1”，而量子計算使用的是量子比特，並沒有固定狀態，我們可以借用一個著名的實驗“薛定諤的貓”來描述這一現象。

薛定諤的貓（圖片來自https://baike.baidu.com/item/%E8%96%9B%E5%AE%9A%E8%B0%94%E7%9A%84%E7%8C%AB/554903?sefr=cr）

在箱中放置一隻貓和連接毒氣的放射物，箱中的放射性物質有50%概率衰變釋放毒氣殺死貓，但也有可能不會衰變使得貓活下來。在不打開箱子的情況下，如果按照傳統計算機的角度，貓要麼死了要麼活下來，必然是二者中確定的一方。但是以量子計算的角度，貓可以既死既活，處於二者混合的狀態，這就是疊加狀態。

量子糾纏（圖片來自https://www.zhongtou8.cn/news/detail/78873）

量子糾纏實際上是兩個在疊加態中的粒子相互影響的現象，值得注意的是，這兩個粒子在空間上距離可能會隔很遠，但是雙方中間一旦一方被測定，與之糾纏的一方的狀態也會被確定下來。

傳統計算機的基本單位比特(bit)擁有確定的狀態，要麼“0”，要麼“1”，而量子計算的基本單位為量子比特或稱為量子位（Qubit），可以同時存在“0”和“1”兩種狀態，如果擁有4個比特，那麼傳統計算機也只是存儲2^4中的一個，如果擁有4個量子比特，那麼能夠存儲的信息為2^4個，計算能力直接呈指數級增長，運算能力相當於傳統計算器運算2^4次，效率將大大增加。

得益於量子疊加和糾纏，量子計算能夠保持超高速度來進行並行運算，對於大批量數據結果運算能夠保證高效完成。不過需要注意的是如果沒有與之對應的量子算法，量子計算機的實力是難以全部發揮的，而且只有部分算法可以進行加速，因此傳統計算機與量子計算機處於相輔相成的關係，並非只是新技術完全取代傳統的過程。

早在2016年5月4日，IBM就發佈了量子計算服務，用戶可以通過雲連接IBM量子計算機，來進行實驗和模擬。量子計算作為一種革命性的技術正越來越受到重視，微軟，谷歌都投入了自己的研發力量，量子計算的現實應用也正一步一步離我們越來越近。

·數據計算

數據計算（圖片來自https://unsplash.com/search/photos/data）

談到應用，量子計算機的核心功能自然是數據計算，超高的運行計算能力，這對於許多行業都是必須要求。例如今年大火的人工智能方向，通過深度學習，不斷完善算法，直至產品滿足人們智能化需求。在這個過程中，機器學習的成本往往是巨大的，因此許多人工智能都只能在某一個領域某些關鍵詞上作出相應，難以滿足人們複雜的情景應用，自然會被叫成“人工智障”。但是如果利用量子計算機的高速運算，機器的學習成本將會大大降低，AI的運用場景也將豐富起來。其實不僅僅是人工智能，量子計算在大數據分析，智慧城市，金融模型等方面都大有可為。

·通訊加密

信息安全依託算法加密（圖片來自https://unsplash.com/photos/f5pTwLHCsAg）

當今各種密碼的安全保障依託各種加密算法技術，但是對於量子計算機來說，能夠通過特定算法進行高速並行輕鬆破解。基於量子糾纏的特性，在通訊過程中，如果有人想要竊聽通訊內容而對量子進行測量的話，另一端量子就必然會感知到，從而終止機密信息的傳輸，商業機密能夠得到充足的保障。

量子技術發展自然是未來的一大方向，但是我們仍需要看到其中的問題，一是量子計算的要求更為嚴苛，需要在極低溫的環境下工作；二是量子相關技術的研究存在瓶頸，例如如何製造出純糾纏態，以此克服量子通訊的信息失真；三是量子計算帶來的改變，例如密碼學革命性的改變，傳統加密技術，行業，個人信息安全的該何去何從，量子計算攻擊該如何防範。四是量子計算技術各國研發的水平差異，標準由誰制定，量子霸權的出現。這些都是我們需要了解的。

量子計算技術必然會到來並給我們生活帶來巨大改變，但現在仍處於發展階段，因此並沒有必要過於吹捧，肯定技術價值，合理規劃研究，這是一個企業乃至國家保持創新和競爭活力的關鍵，更何況，量子計算離改變生活的日子也不會太遠了。

中關村在線

“編寫量子糾錯代碼比實現量子霸權更加困難。”

在付出了幾十年艱辛的努力卻看不到成功的希望之後，量子計算忽然大放光芒，突飛猛進。

近兩年前，IBM推出了一臺量子計算機：5量子位的IBM Q Experience。它似乎更像是研究人員的玩物，而不是能處理大量數據的工具。但全世界仍有7萬名用戶註冊使用它，現在，其量子位已經增加到原來的四倍。過去幾個月裡，IBM和英特爾宣佈，他們分別研製出50和49量子位的量子計算機。據推測，谷歌的量子計算機也蓄勢待發。

“這一領域充滿了能量，近期取得了巨大的進展。”柏林自由大學物理學家延斯·艾塞特（Jens Eisert）說。

現在，人們大談“量子霸權”時代即將來臨，屆時，量子計算機的計算能力將超過如今最強大的傳統計算機。赤裸裸的數字對比，可能會讓你覺得“量子霸權”完全是個笑話：50量子位VS.筆記本電腦中的數十億傳統比特。

但量子計算的意義在於，一個量子位比一個傳統比特要強大得太多太多。

50量子位計算機在很短的時間內，就能完成傳統計算機需要極長時間才能完成的計算。2017年年中，谷歌研究人員宣佈，他們有望在年底前實現量子霸權。（近日被問及最新進展時，谷歌發言人說，“我們希望儘快公佈結果，但我們正在檢查所有細節工作，確保在公佈前有一個確鑿的結果。”）

這一切很容易讓人們得出這樣的結論：理論上的基本問題已經解決，現在，量子計算的大規模應用只是工程上的問題而已。但這種看法是錯誤的。量子計算的基本問題遠未得到解決，距離大規模應用還有很長的路要走。

即使我們很快跨過量子霸權的門檻，接下來的一兩年或許才是考驗量子計算機能否顛覆計算領域的關鍵時刻。一切仍有待努力，成功並非板上釘釘。

在IBM位於紐約州約克敦海茨Thomas J. Watson研究中心的量子計算中心，量子計算機放置在巨大的低溫箱裡（右邊較遠處），箱內溫度只比絕對零度高零點幾度

說不清道不明的量子計算

量子計算帶來的好處和挑戰，都是物理學的固有特性。量子計算的基本原理已經說了很多次，但細節之處並不總是被人提起。傳統計算機把信息作為二進制字符串來編碼和處理，傳統比特要麼是1，要麼是0。量子計算機也是如此，但區別在於，量子位可以處於疊加態，既是1也是0，這意味著在某個定義明確的概率下，對量子位狀態的測量可以得出1或者0的答案。

利用多個量子位進行計算時，必須使各個量子位處於互相依存的疊加態，也就是量子位互相糾纏的“量子相干”態。這樣一來，對一個量子位的調整會影響到其他所有量子位。這意味著，量子位的計算能力遠遠超過傳統比特的計算能力。對傳統計算機來說，比特數量增加，計算資源也會相應增加，但增幅不會太大，但對量子計算機而言，每增加一個量子位，就可能使計算資源翻倍。因此，5量子位和50量子位計算機可謂有著天壤之別。

請注意，雖然經常有人說，與傳統比特相比，量子計算機具有優勢，因為量子疊加態大大增加了可編碼的狀態數量，但我沒有這樣說過。我也沒說量子糾纏使很多計算任務可以並行開展。（高強度的量子位糾纏並非必不可少。）某些情況下，這些說法有一定的真實性，但都沒有抓住量子計算的實質。

IBM存放50量子位系統的低溫箱內部

很難說清楚量子計算究竟為何如此強大，因為很難具體說明量子力學到底意味著什麼。量子理論中的公式無疑證明量子計算是可行的：至少對因數分解、數據庫搜索等某些類型的計算而言，計算速度可以獲得大幅提升。但究竟是怎麼做到的？

在描述量子計算時，最保險的說法也許是：量子力學為量子計算機提供了一種傳統計算機所沒有的“資源”。正如加拿大圓周理論物理研究所的量子理論學家丹尼爾·戈茨曼（Daniel Gottesman）所說，“如果你有足夠的量子力學來支撐，那麼在某種意義上，你就能加快計算速度。如果你沒有，就不能加快速度。”

但有些事情是明確的。要進行量子計算，就必須使所有的量子位相干。而這非常難。量子相干系統與周圍環境的相互影響創造出一個個通道，通過這些通道，相干性會迅速“洩露”，這個過程被稱為“退相干”。想要打造量子計算機，研究人員必須避免退相干，現在，他們只能在零點幾秒內做到這一點。

隨著量子位數量的增加（因而與環境相互影響的可能性也隨之加大），避免退相干變得愈加困難。從很大程度上來說，這就是量子計算機從概念提出到真正誕生，會耗時如此之久的原因。

1982年，理查德·費曼（Richard Feynman）首次提出量子計算概念，相關理論在90年代初形成體系，但直到現在，才研製出可運行的量子計算機，能真正進行有意義的計算。

出錯率

量子計算實現起來如此困難，還有第二個重要原因。與自然界的其他所有過程一樣，量子計算存在噪聲。量子位熱量或者量子力學基本過程產生的隨機波動，偶爾會反轉或打亂量子位的狀態，從而導致計算出錯。對傳統計算來說，這也是個問題，但不難解決，只需保留每個比特的兩個或多個備份，從而使那些被隨機反轉的比特顯得格格不入。

量子計算機研究人員已經想出了處理噪聲的對策，但這些對策會大大增加計算負擔——你所有的計算能力將被用來糾正錯誤，而不是運行算法。

“當前的出錯率嚴重限制了可執行計算的長度。”馬里蘭大學量子信息與計算機科學中心聯合主任安德魯·柴爾德（Andrew Childs）說，“如果想做點有意思的計算，我們必須找到更好的解決辦法。”

馬里蘭大學量子理論學家安德魯·柴爾德說，出錯率是量子計算機的一個重要問題

對量子計算基本問題的很多研究都集中在糾錯上。它之所以如此困難，原因之一在於量子系統的另一個重要特性：只要一測量量子位的值，疊加態便無法維持。你一測量，疊加態就會塌縮成一個確定的值：1或者0。

那麼，在不清楚量子位狀態的情況下，如何才能知道這個量子位是否出錯？

一個聰明的辦法是間接觀察，把這個量子位與另一個不參與計算的“輔助”量子位配對。這樣，我們就能在主量子位狀態不塌縮的情況下，觀測“輔助”量子位。但這做起來很複雜。這樣的解決辦法意味著，為了創造真正的“邏輯量子位”來糾錯，你需要很多物理量子位。

需要多少？哈佛大學量子理論學家阿蘭·阿斯普魯-古茲克（Alán Aspuru-Guzik）估計，需要大約1萬個物理量子位，才能創造出一個邏輯比特位。這完全是不現實的。

他說，如果量子位的質量大幅提高，這個數字可以減少至幾千甚至幾百個。艾塞特則要樂觀一些，他說800個物理量子位也許就夠了。即便如此，他也認為這會產生很重的計算負擔，眼下，我們需要想辦法來處理容易出錯的量子位。

另一個糾錯方法是避免錯誤或者消除錯誤的影響，這就是“錯誤抑制”。例如，IBM的研究人員正在想辦法弄清楚在一次計算中可能產生多少錯誤，然後推斷計算結果的“零噪聲”限制。

一些研究人員認為，糾錯這個問題將難以解決，它會妨礙量子計算機達到人類對它們的崇高期望。

“編寫量子糾錯代碼比實現量子霸權更加困難。”以色列希伯來大學的數學家吉爾·卡拉伊（Gil Kalai）說，“從計算角度而言，沒有糾錯功能的設備是非常落後的，落後就談不上霸權。”換言之，如果存在錯誤，就不可能比傳統計算機更好。

其他人則相信，這個問題最終將得以解決。IBM下屬Thomas J. Watson研究中心的量子信息科學家傑伊·甘貝塔（Jay Gambetta）說，“我們最近在IBM開展的實驗已經論證了在小型設備上進行量子糾錯的基本要素，這為大型設備的量子位在噪聲存在的情況下長期、可靠地存儲量子信息鋪平了道路。”儘管如此，他也承認，“那種必須使用邏輯量子位、具有容錯功能的通用型量子計算機，距離我們還很遙遠”。得知IBM的上述進展後，柴爾德表達了謹慎樂觀的態度。“我相信，在糾錯問題上的實驗論證將得到改進，但我認為，要用於真正的計算，還需要相當長的時間。”他說。

與錯誤共處

目前的量子計算機容易出錯，這已是不爭的事實，問題是如何與錯誤共處。IBM研究人員把“近似的量子計算”作為短期內努力的方向：找到容納噪聲的方法。

這需要容錯算法——在錯誤存在的情況下，依然能得到正確結果。這有點像是，在少數選票計票錯誤的情況下，仍能統計出選舉結果。“即使沒有做到完全容錯，規模夠大、保真度夠高的量子計算（相對於傳統計算來說）也應該具有某種優勢。”甘貝塔說。

最直觀的容錯應用之一是模擬原子級的東西，這似乎對科學家比對大眾更有價值。實際上，這就是費曼當初提出量子計算概念的初衷。量子力學公式指明瞭計算分子屬性（比如穩定性和化學反應性）的方法，但這些公式必須經過大量簡化，才能用傳統計算機求解。

相比之下，柴爾德說，電子和原子的量子行為“更貼近量子計算機的本質行為”。所以我們可以針對分子，建立精確的計算機模型。“這個圈子裡的很多人，包括我在內，都認為量子化學和材料科學將是最先應用此類設備的領域之一。”古茲克說。他一直以來都在帶頭推動量子計算朝這個方向發展。

即便是在目前非常小的量子計算機上，量子模擬也證明了自己的價值。包括古茲克在內的一群研究人員開發了一種算法，他們稱之為“可變量子本徵求解”（Variational Quantum Eigensolver，簡稱VQE）。這種算法能有效找出分子的最低能態，哪怕存在噪聲量子位。到目前為止，該算法只能處理電子數量很少的小分子，而且傳統計算機已經能準確模擬。但量子計算機的能力正變得越來越強大。去年9月，甘貝塔和同事利用IBM的6量子位計算機來計算分子的電子結構，包括氫化鋰和氫化鈹。瑞士聯邦理工學院的物理化學家馬庫斯·萊赫（Markus Reiher）說，這是“邁向量子政權的一大步”。甘貝塔稱，“近期有可能出現一批啟發式算法，而VQE在小分子模擬方面的應用就是一個很好的例子。”

儘管如此，古茲克坦言，量子計算機要真正超越傳統計算機，可能還需要具有糾錯功能的邏輯量子位才行。“如果哪一天量子計算真的能糾錯了，我會非常興奮。”他說。

“如果有200多個邏輯量子位，我們就可以超越標準方法的範疇，在量子化學方面做點事情。”萊赫說，“如果有5000個邏輯量子位，那麼量子計算機將徹底改變這個領域。”

你的量子體積是多少？

儘管這些目標實現起來並不容易，但量子計算機從5個量子位增加到50個量子位，只用了一年多時間，這樣的快速發展使人們燃起了希望。然而，我們不應該對這些數字沾沾自喜，因為它們只是成功的因素之一。重要的不僅僅在於量子位的數量，還在於它們的質量以及算法的效率。

量子計算必須在退相干發生前完成。一般來說，目前量子位組的退相干時間只有百萬分之幾秒。在那一瞬間可執行的邏輯操作的數量，取決於量子門開關的速度。如果這個速度太慢，有多少個量子位都沒用。計算過程中所需要的門操作的數量，被稱為深度：低深度算法比高深度算法更可行，但問題是它們能否被用來執行有意義的計算。

而且，並非所有量子位都具有同樣的噪聲大小。從理論上來說，應該有可能利用某些材料的拓撲電子態，來創造噪聲非常低的量子位。在這些材料的拓撲電子態中，用來編碼二進制信息的電子態“形狀”有助於防止隨機噪聲。目前，微軟公司研究人員正在獨特的量子材料中尋找這種拓撲態，但至於能否找到，或者是否可控，還是未知數。

IBM研究人員把一臺特定設備的量子計算能力稱為“量子體積”，其中包含了所有相關因素：量子位的數量和連接性，算法的深度，以及門質量的其他指標，比如噪聲。量子體積描述了量子計算能力的各個特徵。甘貝塔表示，目前最好的努力方向，是研製能增加可用量子體積的量子計算硬件。

這也是現在提及量子霸權，尚有些言過其實的原因之一。50量子位計算機勝過最先進傳統計算機的景象雖然充滿吸引力，但有很多問題懸而未決。在哪方面勝過？如果無法用一種得到了檢驗的傳統設備來檢查，你怎麼知道量子計算機得出的答案是正確的？如果有適當的算法，你怎麼敢肯定，傳統計算機不會表現得更好？

所以，量子霸權是一個需要小心處理的概念。現在，一些研究人員更喜歡說“量子優勢”（指量子設備更快的運算速度），而不是在量子計算機與傳統計算機孰優孰劣的問題上下定論。由於其帶有的種族和政治寓意，“霸權”這個詞也招致了人們的反感。

不管你怎麼稱呼它，證明量子計算機能做到目前傳統計算機做不到的事情，這對該領域具有重大的心理意義。“能清楚地證明量子優勢，這將成為一個重要的里程碑。”艾塞特說。這將證明，量子計算機真的能拓展技術上的可能性。

這也許更像是具有象徵意義的舉動，而不是計算資源的轉變。但這樣的事情或許很重要，因為量子計算若要取得成功，靠的不是IBM和谷歌等公司突然開始銷售強大的新機器，而是要靠研發者與用戶之間互相交流、甚至是有點混亂的合作。只有當用戶相信量子計算機值得去做，他們才會去打磨自己的技能。這就是IBM和谷歌為什麼一準備好他們的量子設備就急於向外界開放的原因。除了向所有在線註冊用戶提供16量子位的IBM Q Experience以外，IBM目前還向企業客戶提供20量子位的版本，包括摩根大通、戴姆勒、本田、三星和牛津大學等。這不僅有助於客戶發現量子計算對他們的價值，還能創造出一個精通量子學的程序員群體，他們將設計資源、解決問題，彌補企業留下的空缺。

“量子計算想要獲得發展並開花結果，我們必須讓全世界能夠去使用和了解它。”甘貝塔說，“對科學界和產業界而言，目前的重點是把量子技術準備好。”

翻譯：于波

校對：其奇

造就：劇院式的線下演講平臺，發現最有創造力的思想

造就

首先先來介紹下量子計算是個神馬鬼？量子不是一種粒子，它在多數情況下是一個形容詞而不是名詞。它也不是指分立、不連續，而是一套自然規律的總稱——這套規律是人類現有認識範圍內物質世界的“基本法”。

而量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。對照於傳統的通用計算機，其理論模型是通用圖靈機；通用的量子計算機，其理論模型是用量子力學規律重新詮釋的通用圖靈機。從可計算的問題來看，量子計算機只能解決傳統計算機所能解決的問題，但是從計算的效率上，由於量子力學疊加性的存在，目前某些已知的量子算法在處理問題時速度要快於傳統的通用計算機。

搞明白什麼是量子計算技術，再來看下各個知名廠商在此領域的成果。據悉，英特爾公司與荷蘭研究機構QuTech共同發明了一種基於硅材質的量子芯片，旨在幫助量子技術業界超越傳統計算機並朝著全新的方向邁進。另外，在今年的CES 2018展會上公佈了一款49 qubit量子芯片，該公司CEO Brian Krznich將其稱為量子計算領域的突破性進展，同時也代表著“量子優勢”的下一步方向。

IBM公司在量子計算上也做好充足的準備，邀請客戶在其全新20量子位系統之上構建應用程序，而50量子位系統也已經在開發當中。摩根大通、戴姆勒以及三星將成為第一批試用IBM公司全新20量子位（qubit）IBM Q量子系統的企業，負責協助藍色巨人立足這套系統探索商業、工業與科學類量子計算應用潛力。

谷歌作為業內知名企業，自然不甘落後，推出一款72個量子比特的通用量子計算機Bristlecone，實現了1%的低錯誤率。

本答案來自科技行者團隊劉小新！

科技行者

今天小編請中國信通院專家來講講量子計算的發展現狀，以及我國量子計算發展水平。

隨著人類社會對信息處理的需求越來越高，以半導體大規模集成電路為基礎的經典計算在性能提升方面面臨瓶頸，無法突破量子效應挑戰。量子計算是量子力學與計算機科學相結合的一種新型計算方式，以微觀粒子構成的量子比特為基本單元，具有量子疊加、糾纏和相干特性，通過量子態的受控演化實現信息編碼和計算存儲，具有經典計算技術無法比擬的巨大信息攜帶量和超強並行計算處理能力，且隨著量子比特位數的增加，其計算存儲能力還將呈指數級規模拓展。

　　（一）量子計算關鍵技術仍有待突破

　　量子計算理論從上世紀八十年代開始創立，經過初期的理論研究和實驗探索，在物理實現、量子編碼、量子算法和計算模型等方面取得了大量研究成果。目前，量子計算整體上仍處於基礎理論研究和原型產品研發驗證階段，多項關鍵技術仍有待突破。

　　物理實現方案競爭激烈，超導體系相對領先。找到相干時間長、易集成和可擴展的物理硬件體系是量子計算的實現基礎與關鍵。目前，量子計算的物理實現有超導、離子阱、半導體、鑽石空位、光、核磁共振、冷原子等不同技術路線，每種路線各有優缺點。就現階段實驗操控技術水平而言，超導和離子阱體系處於領先地位，尤其超導體系勢頭更盛，備受IBM、谷歌等科技巨頭的青睞。IBM物理學家在早期曾提出實現量子計算機物理體系必須滿足的幾條DiVincenzo判據，如可擴展的具有良好特性的量子比特系統、能製備量子比特到某個基態、具有足夠長相干時間完成量子邏輯門操作、能夠實現一套通用量子邏輯門、能夠測量量子比特等。然而，目前尚沒有任何一種體系能夠在實驗上同時滿足所有判據，有專家預測，未來的量子計算機可能基於混合體系。

　　量子編碼是大規模量子計算機的實現基礎，代價仍然較大。量子編碼以消耗更多量子比特資源為代價來克服退相干效應，由於量子態不可克隆、不可測量、錯誤自由度大等特性，量子編碼的實現比經典編碼更為複雜。1995年，Shor構造出第一個量子糾錯碼9位碼，目前發展至7位和5位碼，即用7個或5個物理比特編碼1個邏輯比特。不同糾錯方式對應不同的容錯閾值，通常來說閾值越低，所需要的量子比特資源越多。

　　量子算法數量有限，核心算法創新困難。上世紀九十年代中期，美國科學家提出可應用於公鑰密碼體系破解的量子Shor大數分解算法和可應用於數據庫搜索的量子Grover算法，大大激發了量子計算的研究熱情，這兩類算法已成為構造其他量子算法的重要基礎。然而，由於量子計算特殊的運行方式，經典算法的設計思路無法直接移植，且目前可用的量子工具仍然較少，具有核心作用的量子算法相對匱乏，不能在處理所有問題上均取得優勢，適用範圍有限。

　　量子計算模型和體系結構均與經典計算存在差異。量子計算的數學模型基礎是80年代定義的“量子圖靈機”，目前，量子線路模型是主流方向，量子絕熱和拓撲模型亦是研究熱點。同時，由於量子態疊加、糾纏、不可複製、相干保存時間短等特點，通用量子計算機的體系結構將不同於經典計算機，設計更為複雜，技術選擇目前尚不明朗。

　　（二）科技巨頭競相佈局，初創企業迅速發展

　　我國近年來開始加大重視程度、積極趕進，在科研佈局和企業投入方面取得一定成果。以中科大、浙江大學和清華大學等為代表的研究機構在量子計算原理實驗和樣機研製等方面取得一定研究成果。2017年，中科大和浙江大學聯合宣佈基於超導量子計算方案實現了10位量子比特的糾纏操控。同年，中科大還報道了基於波色子採樣的光量子計算機研究成果。在產業佈局方面，阿里巴巴聯合中國科學院在2015年設立“中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室”，此外，騰訊也正在籌備建立量子實驗室。2017年9月，中科大成立了國內首個量子計算初創企業，合肥本源量子計算科技有限公司，計劃開展量子計算芯片、測控系統、軟件等方面的研發。2017年10月，清華大學、阿里巴巴和本源量子各自發布了基於不同物理體系的量子計算雲平臺。整體而言，我國在量子計算領域雖已取得一定成績，但在投入力度、團隊數量、創新成果、方案種類和指標方面仍落後於美國。

　　（三）量子計算發展雖困難重重，但前景可期

　　量子計算發展面臨技術、模式、資金的多重挑戰。

　　量子計算成長速度較快，前景可期。目前，量子計算發展處於技術理論驗證和原理樣機研發攻關關鍵階段，可行性不斷增加，技術競爭方案不斷明朗，後續的應用研究發展也將進一步加速，預計專用量子計算機可能會率先獲得應用。在與經典計算的發展定位方面，量子計算目前只能解決部分經典計算不能或難以解決的問題，並非在所有問題的解決上都優於經典計算，且量子計算機的複雜操控仍需要經典計算機輔助，在未來相當長時間內，量子計算都無法完全取代經典計算，兩者將相輔相成。儘管量子計算規模目前還很小，但成長速度較快，前景可期，其發展與應用將為基礎科學研究、新型材料和生物藥品開發、人工智能等眾多領域帶來深遠影響。

中國信息通信研究院

今年以來量子計算領域討論的熱點是誰能先實現“量子霸權”，可以說這就是當前量子計算技術的前沿。對於相關進展，我個人的感覺是量子位的“數量”是你追我趕，但在“質量”上卻普遍有待進步。

“量子霸權”是對quantum supremacy的翻譯，有的也翻譯成“量子稱霸”，指的是量子計算機的計算能力在某些問題上超過經典計算機，就實現了相對於經典計算機的“稱霸”。

今年初，谷歌宣佈將在年底前實現有49個量子位的量子計算機，實現“量子霸權”。但是在11月，IBM突然宣佈，已經造出了20個量子位的處理器，並且還宣佈成功構建有50個量子位的處理器原型。

谷歌和IBM是被認為在量子計算領域領先的兩家企業，它們的這番你追我趕，也讓大家普遍認為50個左右的量子位就可以實現“量子霸權”。但它們的相關宣稱的一個問題是，並沒有公開發布相關論文或有說服力的資料，在一些專家看來只是出於商業宣傳目的的炒作。

然後到了11月底，30這期的英國《自然》雜誌突然同時刊登了兩篇文章，美國哈佛大學的研究人員說實現了51個量子位的量子計算，馬里蘭大學的研究人員更是說實現了53個量子位。怎麼好像突然量子位不值錢了，大家紛紛突破了50個大關？

原來量子位只有“數量”還不行，還得看“質量”，也就是這50來個量子位中究竟有多少是互相關聯的，在上述這些研究中，雖然量子位都到了50大關，但實際上其中許多量子位之間沒有關聯，還是彼此獨立運作的。這也就是還沒有一個研究團隊宣佈自己實現“量子霸權”的原因。

美國得克薩斯大學奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森曾經對媒體表示：　“量子位的數量遠不是唯一的關鍵因素。否則按這個算的話，（加拿大）Ｄ波公司已在銷售的一個系統已經有2000個量子位了，問題在於這些量子位似乎沒有足夠好的相干時間，以至於該系統沒有任何方面明顯勝過經典計算機。”

所以，現在的量子計算前沿應該不是看量子位的“數量”了，而是看這些量子位的“質量”。比如今年5月中國科技大學的潘建偉團隊宣佈，在基於光和超導體系的量子計算機研究方面取得系列重要進展，打破了之前由谷歌、NASA和UCSB公開報道的九個超導量子比特的操縱，首次實現了十個超導量子比特的糾纏。這10個互相糾纏的量子位，就是有質量的10個。

我覺得，照今年這些研究機構和科技企業你追我趕破各種紀錄的勢頭，明年很可能就有某個團隊邁過“量子霸權”這個里程碑。

黃作夢

今天，各方力量都在參與一場量子競賽。谷歌、IBM等公司以及全球的研究人員都在致力於開發量子計算機，來實現複雜的計算。

量子計算機外觀與現在的家庭計算機非常相似，但其功能卻是異常強大。對於一臺普通的計算機需要上千年來解決的問題，量子計算機幾毫秒內就可以解決。毫無疑問，量子計算機應用會更加廣泛，相比於電子計算機效果會更好。它們可以被用來制定氣候變化解決方案，處理衛生保健大型數據等問題。

“微軟、谷歌和IBM等公司一直致力於開發這項技術，量子計算的夢想即將成為現實，” Daryl Harrington在InfoWorld的一篇專欄中寫道。“技術創新並不是去競爭誰能第一個實現量子計算，而是要秉著為給我們的後代一個更美好的世界的願望，解決現實中遇到的問題。”

以物聯網為例，數以億計的設備被緊密地連接在一起，數據不斷地被傳送，每天我們都淹沒在這些數據之中。根據IBM的數據，我們每天能產生2.5萬億字節的數據，而這一數字仍在增加。這些數據都非常重要，但它又是如此龐大，我們根本無法分析它。量子計算機也只有在人工智能的幫助下，才可以幫助我們分析這些正在生成的數據。

“機器學習，是人工智能的一個領域，通過機器學習Alexa和Siri能分析你說的話，自動駕駛汽車能安全地在街道上行駛。量子計算機的高速計算可以提高機器學習的速度，”馬克•安德森在IEEE的專欄裡寫道。

量子計算機和人工智能（或者說是和量子機器學習）的綜合研究仍處於初期階段。許多機器學習方面的算法仍然只停留在理論階段，還急需進行大規模量子計算機的測試。即便如此，兩者的結合已經算是卓有成效了。

人工智能時代何時到來呢？其實，人工智能已經以各種形式進入了我們日常生活。從整理電子郵件的算法到能和人類進行網遊互動的機器，我們似乎今天已經生活在一個充斥著智能機器的世界裡了。

既然人工智能已經戰勝了人類的頂級棋手，我們為什麼還要開發量子計算機呢？為什麼還要提高軟件的自動化程度呢?人工智能的發展似乎已經達到了頂峰。但實際上，創造出能真正解決難題的智能機器，我們仍任重道遠。

今天的人工智能仍然極具人造意味。我們還無法讓機器具有人類的創造力和想象力。雖然今天的人工智能可以完成單項任務，或是出色地完成一系列任務，但它仍然無法具備人類智力。人類在人工智能領域的研究已經取得了長足的進步，這極大地鼓舞了人類，激發著人類進行根深入地研究。而量子計算機就可以在這方面幫人類一把。

IBM認知研發副總裁約翰•凱利，在最近的一份新聞採訪中表示:“過去的10年，人工智能領域已取得了難以置信的增長和進步。今天的人工智能產品碩果累累，但要想解決遇到的日益困難的問題，就必須創新，突破限制才能繼續改善我們的工作和生活。”

正如Kelly所說，傳統的人工智能方法已經遇到瓶頸，人工智能目前無法發揮出其全部潛力。人工智能若想“更上一層樓”，就需要超級硬件在背後支持，保障它那些複雜的軟件系統快速運轉。

量子計算就可以解決人工智能發展瓶頸的問題，人工智能也能促進量子計算的科學研究。此外，量子理論能使人工智能系統更強健，也能幫助研究人員開發出更佳的算法。通過量子計算技術，無論是癌症，還是地緣政治，我們可以在所有領域取得突破性研究。我們也可以利用人工智能幫助科學家解決微妙複雜的科學問題。

智東西

國內的話中科大比較領先。現在主要是潘建偉小組在做，他們在量子糾纏上的研究已經達到世界先進水準，量子通信和量子計算做的都不錯。量子計算機主要是解決多量子體系糾纏態的製備以及找到更有效的算法，主要還是在量子物理。2007年潘建偉他們發表了一篇文章叫用光量子比特演示休爾量子因子分解算法的編譯版，當時也挺轟動的。國外的話牛津、慕尼黑、維也納大學；美國的麻省，加州伯克利等幾所也做得不錯。不過我建議你，如果想做這方面的研究，去中科大真的很不錯，他們有國家級微尺度物理實驗室，無論在硬件還是軟件上都很強，幾乎每年中國十大科技進展裡都有潘建偉小組的身影，你可以去搜搜。

孺子牛衛士

目前連一個量子存儲器都做不出來，奢談什麼量子計算機。目前所有的量子計算機都是假的，因為違揹物理學基本原理。一個微觀粒子不可能同時處理兩個狀態，這是物理學的基本事實。量子計算機的前提是，一個粒子能夠同時處於兩個狀態。這是量子力學哥本哈根解釋的一種說法，這種說法從來都沒有在物理學上實現，因為它違背事物的最基本邏輯，在這個世界上不可能存在這樣的東西。至於消相干問題，那是次要的。現在實際上把量子疊加態不可實現的問題，當成消相干難以克服，實際上是在轉移矛盾。把在物理學原理上不可實現的問題，轉化成目前的技術難以實現的問題，無非是為了多騙點科研經費，給這個騙局續命。

最前沿的是可以模擬大腦，可以完成N多真實大腦之間的無延通訊，完全一體化，從此宇宙沒有任何秘密和謊言，光子對才能控制幾個啊，模擬大腦可以同時控制N億對進行計算和通訊，猶如宇宙的運行方式，不要問是哪裡知道的，大腦就是靠量子化溝通，不需要時間和空間，思即能量

關鍵字: 量子計算 量子 人工智能