中美科技冷战升级 美国称首台量子计算机将面世反击中国

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2015年7月30日,中国科研人员在实验室超冷原子平台工作,该系统目标模拟凝聚态物质中的量子现象,如高温超导等,并有希望成为大规模量子计算平台(图源:VCG)

近日一篇《忘掉刘强东!美国突然宣布大消息,一场风暴要来了!》的文章在华文互联网被广为转发,文章称美国IBM近期宣布,研究了数十年的量子技术终于要成功落地,第一台量子计算机将于3年后面市,进入到实用环节。文中表示这台量子计算机的面市及其所带来的影响,意味着无论生产、科研还是日常生活,世界都将会经历一场颠覆性改变。

此次被广为转发的消息源头,实际上是与9月8日举行的美国一个行业会有关,初创公司Rigetti在会上悬赏100万美元证明量子计算的优越性。该公司老总Chad Rigetti曾是IBM的员工,“三年面市”的说法,来自IBM研究院的首席运营官Dario Gil和Rigetti在会上表示:“距离量子计算机运行表现胜过经典计算机的时刻,只有三年。”

实际上,在2017年11月12日,IBM已宣布取得重大进展,研发出20量子位的量子计算机,并成功建成并测试全球首台50个量子比特的量子计算原型机。

量子计算机较之传统计算机,所运用原理和路径完全不同,它使用量子比特作载体,其基本原理是以量子位作为信息编码和存储的基本单元,通过大量量子位的受控演化来完成计算任务。

  • 世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机于2017年在中国诞生(图源:新华社)
  • 2017年5月3日,一名科研人员在中国科学院量子信息和量子科技创新研究院上海实验室内调整操作台上的激光干扰器(图源:新华社)

量子计算机利用量子特有的“叠加状态”,采取并行计算的方式,终极目标可以让速度以指数量级提升。从电子计算机飞跃到量子计算机,人类计算能力、处理大数据的能力将得以上千上万乃至上亿次的提升。

而随着可操纵粒子数的增加,量子计算机计算能力的几何增长,则可为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案。量子计算机极大超越经典计算机的超并行计算能力,已被公认为将在,并不限于核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造等领域具有突出优势,是新概念高性能计算领域的发展趋势。

2016年12月9日,“墨子号”量子科学实验卫星与阿里量子隐形传态实验平台建立天地链路(图源:新华社)

中国科学院院长白春礼院士举过一个例子:使用亿亿次的天河二号超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组,所需时间为100年,而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组,仅需0.01秒。人类若要破解现在常用的一个RSA密码系统,当前最大、最好超级计算机需要用时60万年,但用一个有相当储存功能的量子计算机,理论上只需用时3个小时不到。

美国的IBM、Google、微软以及其他多个专业团队都在竞相致力于量子计算机的研发。IBM 的量子计算机基于耶鲁大学的罗伯特•薛尔考普夫(Robert Schoelkopf )教授的研究打造,核心团队是该教授的博士生和博士后。Google 则于 2014 年吸收了另一组研究量子计算机的高校团队——加州大学圣巴巴拉分校约翰•马蒂尼斯( John Martinis)教授的团队。

正是因于看好量子计算将为人类带来的颠覆性改变,目前中美两国在这个领域都在加紧投入研发。当下,量子计算有低温超导系统、量子点系统、离子阱、拓扑量子计算等诸多研究方向。2017年,中国科学技术大学等单位联合研制了2台“量子计算机”,一台基于低温超导系统,这台量子计算机有10个量子比特,一举超越美国航天航空局、加州大学圣芭芭拉分校、谷歌实现的9个超导量子比特纪录;另一台基于线性光学,达到5个量子比特。

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳、朱晓波等,联合浙江大学王浩华教授研究组攻关突破,于当年5月3日宣布了世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生的成果。其后,中国科学院院长白春礼院士透露,中科院正在研制中国首台量子计算机,预计在最近几年内有望研制成功。

就目前看,美国取得了阶段性领先,IBM量子计算机宣布即将面世,再次显示出美国在科技领域长期技术积累的雄厚实力。“第一次实现量子称霸必将成为物理学和计算机科学的一个里程碑”,下一次爆出在量子计算领域取得突破性进展的将是哪一个团队谁也说不好,但正是受益于国与国之间,甚至国家内各科研团队的这种你追我赶激烈的竞争,趋动着各方相关计划进展快速,人类的科技实力也正在这种追逐中不断提升。
 

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撰写:刘言

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