世界量子霸权之争 中国已落后

2017年中国成功研制出10量子比特量子计算机，跟上世界量子计算机研制的潮流

量子科学是当今世界最炙手可热的学科之一，时不时就会爆出震动的大新闻。近日，在美国电气和电子工程师协会（IEEE）的工业峰会上，美国国际商用机器公司（IBM）宣布成功研发20量子比特（qubit，量子信息计量单位）的量子计算机，并成功开发出50量子比特量子计算机原型机。尽管IBM并未公布相关技术细节，但关于“量子霸权”的争夺已经进入关键时期。

所谓“量子霸权”（quantum supremacy），是美国加州理工学院物理学家约翰·普瑞斯基尔（John Preskill）发明的名词，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”。

世界顶级的超级计算机目前能够完成拥有5到20个量子比特的量子计算机所做的事情，研究表明一旦量子比特超过49个，量子计算机的能力将让超级计算机望尘莫及。中国上海交通大学物理与天文系教授金贤敏在接受媒体采访时也指出，“模拟49个左右的量子比特，大概是现有超级计算机的最大能力，每增加1个量子比特，相应地就需要将超级计算机的能力提升1倍”。由此可以见出IBM50量子比特的量子计算机原型机意义的重大。

目前，国际上量子计算机竞争的主要参与者包括IBM、谷歌、英特尔、微软，以及中国的中国科学院。英特尔专注硅量子点技术，微软则选择拓扑量子计算，两者都比较冷门，因而世界量子计算机主要在IBM、谷歌和中科院之间展开，属于世界第一梯队。

IBM字2016年成功推出5量子比特的量子计算后，在量子计算机领域一路高歌勐进。2017年3月，IBM对外宣布将在年内推出全球第一个商业化量子计算云服务——IBM Q，这是世界上第一个收费的量子计算云服务系统。在软件上，IBM也颇有建树，其QISKit——量子信息软件处理工具包可用于帮助研究社区最大限度利用量子计算系统的核心。再加上本次公布的20量子比特和50量子比特的量子计算机，IBM在量子计算机研究上一马当先。

谷歌早在2014年就披露了自主研发量子计算机的消息，2015年联合美国国家航天局（NASA）和加利福尼亚州立大学圣芭芭拉分校宣布，实现了9个超导量子比特的高精度操纵。2017年4月23日，谷歌对外宣布要在年底打造出世界上第一台可以超越传统计算机的量子计算机，实现49个量子比特的操纵，实现“量子霸权”。

谷歌量子计算机研究最大的特点就是开放。据美国彭博新闻社披露，谷歌内部有一个开源的ProjectQ项目，自2017年开始准许科学实验室和人工智能研究人员通过互联网使用其开发的量子计算机，以鼓励他们开发量子计算机工具和应用程序，并最终转换成更快速、更强大的云计算服务。

中国在量子科学研究上，量子通讯处于世界最前端，新闻不断，量子计算机要低调得多。直到2017年5月3日，中国科学院下属的中国科技大学潘建伟团队在上海宣布，已成功构建10量子比特队量子计算机，在当时属于世界上第一台超越早期经典计算机的量子计算机，将世界量子计算机由1位数提高到两位数，打破了西方的垄断。而据中科院披露，2016年中科院就首次实现了10光量子纠缠操纵。

尽管量子计算机不仅仅包括硬件还包括软件等，IBM50量子比特的量子计算机远未成熟，所谓的“量子霸权”实际只是指出了量子计算机远超传统计算机的信息处理能力。然而一旦量子计算机实现突破，所谓的“量子霸权”就不单单是一种可能，而是一种技术上的霸权，是一国相对于其他国家的绝对优势。

更为重要的是，目前量子科学与可控核聚变、人工智能、石墨烯等并称为下一次技术革命的突破口，一旦取得突破，与生产效率快速提高相对应的很可能是世界力量对比的洗牌重组。 第一次技术革命造就了英国霸权，第二次、第三次技术革命造就了美国霸权，下一次呢？从这一点来看，“量子霸权”的竞争不只是科技的竞争，更是国家运势的竞争。 幸运的是，中国在量子计算机研发上就算与世界先进水平存在差距，但并未掉队。