量子|三国逐鹿量子计算


量子|三国逐鹿量子计算
文章插图

二维超导量子比特芯片示意图 , 每个橘色十字代表一个量子比特 。
今年6月 , 中国科技大学潘建伟团队构建出祖冲之号超导量子计算原型机;美国谷歌公司希望2029年研制出首台商用量子计算机;日本政府计划与约50家日本企业合作成立量子研究团体 , 以推动量子技术的发展 。
量子计算机将在新药研发和密码破解等各方面超越传统计算机 , 对产业界和国家安全战略产生巨大影响 , 引发各国政府高度关注 , 美国、中国和日本等国都开始发力 。
三国逐鹿量子计算机研制领域 , 谁领风骚?
市场潜力足 战略意义大
量子计算机在执行某些大规模计算时 , 速度比最好的传统计算机快得多 , 能在密码破译、大数据优化、天气预报、药物分析等领域大显身手 。
《日本经济新闻》7月6日报道 , 如果借助量子计算机开发出划时代的电池和药物 , 将让全人类受益 。 发展到更高水平 , 量子计算机有望破解网络密码 , 从而影响安全 , 而掌握量子技术的国家将在高科技领域掌握主导权 。
美国波士顿咨询公司的数据显示 , 到2050年 , 量子计算机有望创造8500亿美元的利润 。 日本《设计新闻》网站也在7月6日的报道中指出 , 未来30年 , 量子计算机市场预计价值1万亿美元 。
美国:2029年研制出商用量子计算机
正是量子计算机的潜能和财能 , 使政府、企业和科学家竞折腰 。
谷歌公司今年5月公布了正在推进的量子计算机开发计划 , 目标是2029年研制出首台商用量子计算机 。
其实早在2019年 , 谷歌就利用其53个量子比特的量子计算机悬铃木 , 在200秒内解决了最尖端超级计算机顶点(Summit)需要花1万年才能解决的问题 , 成功实现了量子霸权的突破性进展——量子霸权用来表示在存储和通信带宽呈指数级增加后 , 量子计算机拥有传统超级计算机所不具有的能力 。
而令谷歌公司心心念念的是作为通用产品的量子计算机 , 他们希望借其解决现有计算机束手无策的各种难题 , 如帮助开发应对气候变化的新材料、抑制全球大流行病的药物等 。
要解决设想中的难题 , 现在的量子比特数远远不够 , 谷歌计划将量子比特的数量增至100万个 , 还将解决计算时出错这一最大的难题 。 但增加量子比特意味着计算机的布线和控制更困难 , 因此需要大规模技术创新 , 为此谷歌已在美国加州设立了新的研发基地 。
另据《科学》杂志报道 , 去年9月美国IBM公司称 , 将在2023年前建造一台包含1000个量子比特的量子计算机 , 同时提高容错率 。
从国家层面来看 , 2018年 , 美国在以量子计算机为核心的量子信息科学领域敲定了国家战略 , 实施了在5年里最多投入13亿美元的美国《国家量子倡议法案》 。
中国:弯道超车实现量子霸权
《设计新闻》网站的报道指出 , 制造量子比特有几种不同方法:超导、光子、离子阱和半导体(硅)中的电子自旋 。
目前 , 谷歌和IBM一直致力于利用零电阻超导电路开发量子计算机 , 其核心研究目标是增加可操纵的量子比特数量 , 并提升操纵的精度 , 最终应用于实际问题 。
在这方面 , 中国已经后来居上 。 据《科学》杂志报道 , 今年5月 , 潘建伟院士团队宣布成功构建了目前超导量子比特数目最多、包含62个比特的可编程超导量子计算原型机祖冲之号 , 并实现了可编程的二维量子行走 , 在量子搜索算法、通用量子计算等领域具有潜在应用 。 今年6月 , 研究团队再接再厉 , 成功将祖冲之号从62超导量子比特提升到66超导量子比特 , 从而最短能在1.2小时内完成世界最强超级计算机8年才能完成的任务 。