量子計算加速發(fā)展，距離實際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

量子計算正加速發(fā)展！12月上旬，谷歌公司推出其最新量子芯片Willow。幾天之后，我國科研團(tuán)隊在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv發(fā)布了“祖沖之三號”的相關(guān)成果。

新成果競相涌現(xiàn)，量子計算引發(fā)高度關(guān)注。圍繞相關(guān)熱點話題，記者采訪了業(yè)內(nèi)人士。

量子計算為什么可以實現(xiàn)高速運算？

據(jù)介紹，量子計算芯片是量子計算機(jī)的核心處理器，其作用類似于經(jīng)典計算機(jī)的CPU。量子計算的基本計算單元為量子比特，它與經(jīng)典計算機(jī)中的比特具有相同的功能，即存儲與處理數(shù)據(jù)。

“量子比特遵循量子力學(xué)原理。不同于經(jīng)典比特只能處于0或1的狀態(tài)，量子比特可以同時處于0和1的疊加態(tài)。此外，量子比特還具有相干性和糾纏性。”科大國盾量子技術(shù)股份有限公司量子計算負(fù)責(zé)人王哲輝說，這些特性使得量子計算芯片從原理上不同于經(jīng)典計算系統(tǒng)，在處理特定問題時，計算速度可實現(xiàn)指數(shù)級提升。

據(jù)介紹，目前量子計算比較主流的技術(shù)路線包括超導(dǎo)、光量子、離子阱、中性原子和硅半導(dǎo)體等。其中，目前發(fā)展較為成熟的是超導(dǎo)量子計算，主要優(yōu)勢是與現(xiàn)有半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)高度兼容，可設(shè)計性高，易于耦合，量子門操作速度快。Willow、“祖沖之三號”都屬于此類。

我國量子計算研究水平如何？

“我國在量子計算研究方面整體處于國際第一梯隊，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等多個單位的科研團(tuán)隊均在量子計算領(lǐng)域有所布局?！蓖跽茌x說。

據(jù)介紹，2019年和2020年，美國和中國相繼推出量子計算原型機(jī)“懸鈴木”和“九章”，實現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”，其中“九章”使用的是光量子技術(shù)路線。2021年，“祖沖之二號”研制成功，使我國率先成為在兩條技術(shù)路線上實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

“‘祖沖之三號’和Willow，兩者各項性能指標(biāo)達(dá)到同一量級，‘祖沖之三號’實現(xiàn)了目前超導(dǎo)量子計算的最強(qiáng)優(yōu)越性，Willow在糾錯上獲得了重大進(jìn)展。”王哲輝說，新成果接連發(fā)布，充分體現(xiàn)了在量子計算領(lǐng)域，大家你追我趕，共同向前推進(jìn)。

量子計算機(jī)距離實際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，目前，量子計算依舊處于早期發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化初期階段，距離商業(yè)化應(yīng)用還有很長的路要走，需要產(chǎn)學(xué)研各界長期共同努力。

據(jù)介紹，量子計算發(fā)展大致可分為三步：第一步是實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”，第二步是研制專用量子模擬機(jī)，第三步是在量子糾錯的輔助下研制可編程通用量子計算機(jī)。

“我們剛剛進(jìn)入第二階段，科學(xué)家們正致力于構(gòu)建專用量子模擬機(jī)，期望在未來3年到5年內(nèi)能夠解決一些具有實際應(yīng)用價值的關(guān)鍵問題?！敝袊茖W(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院教授姚星燦說。