溫曉君

在今年初舉辦的 2019 年國(guó)際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)（CES）上，IBM公司展示了一款量子計(jì)算機(jī)原理樣機(jī) IBM Q System One。IBM 稱它是世界上首個(gè)專為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計(jì)的集成通用近似量子計(jì)算機(jī)，已執(zhí)行超過 700 萬個(gè)量子程序，研究結(jié)果被 120多篇學(xué)術(shù)論文引用。IBM 同時(shí)還宣布將于年內(nèi)在紐約波基浦西市（Poughkeepsie）開設(shè)首個(gè) IBM Q 量子計(jì)算中心。

IBM Q 是 IBM 公司在量子信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的最新成果，盡管其商業(yè)化用途和計(jì)算效率尚待確認(rèn)，但它的問世預(yù)示著量子計(jì)算機(jī)向著商用化方向邁出了標(biāo)志性的一步。

量子計(jì)算引發(fā)計(jì)算機(jī)科學(xué)顛覆式變革。量子計(jì)算是利用量子態(tài)來編碼、處理和存儲(chǔ)信息的一類交叉理論信息技術(shù)的總稱。量子特有的多維性、不可分割性和不可復(fù)制性，使其能夠突破硅基半導(dǎo)體的物理極限和運(yùn)算速度極限，通過大量量子位的受控演化完成超量并行計(jì)算任務(wù)，在密鑰破解、金融計(jì)算等方面具備巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。目前世界上最先進(jìn)的 RSA 密碼，若用“天河”“太湖之光”等超級(jí)計(jì)算機(jī)破解需要數(shù)十萬年時(shí)間，而用量子計(jì)算機(jī)破解將僅需數(shù)個(gè)小時(shí)。因此主要國(guó)家和科技巨頭都對(duì)量子計(jì)算抱有極大期望。

量子計(jì)算成為科技巨頭追逐角力的新高地。目前，量子計(jì)算機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn)形式主要有超導(dǎo)、半導(dǎo)體、離子阱三種。IBM、谷歌以及加拿大 D-Wave 公司（已被谷歌收購(gòu)）采用的是超導(dǎo)回路方案，英特爾、微軟和貝爾實(shí)驗(yàn)室使用半導(dǎo)體方案，初創(chuàng)企業(yè) IonQ公司選擇的是離子阱方案。谷歌與加州大學(xué)合作，于 2016 年實(shí)現(xiàn)了 9 位超導(dǎo)量子比特的高精度操控;IBM 于 2017 年 11 月宣布實(shí)現(xiàn)了 20 位量子比特的量子計(jì)算機(jī);2018 年 CES 上，英特爾公司推出了 49 量子比特的測(cè)試芯片“Tangle Lake”;2018 年 3 月谷歌推出了 72 量子比特的計(jì)算機(jī);2018 年 12 月 11 日，IonQ 公布兩個(gè)離子阱量子計(jì)算機(jī)，具有 160 個(gè)存儲(chǔ)量子比特和 79 個(gè)量子比特。

IBM Q 計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)的前身是 IBM 在 2016 年面向全社會(huì)開放的 IBM Q Experience 系統(tǒng)，可支持 5 量子比特計(jì)算云服務(wù)，擁有超過十萬名用戶。計(jì)算云服務(wù)，擁有超過十萬名用戶。此次展出的 IBM Q 原型機(jī)采用了模塊化、自定義組件的集成式設(shè)計(jì)，在穩(wěn)定性、抗干擾性方面進(jìn)行了優(yōu)化，使得超導(dǎo)方案量子計(jì)算機(jī)能夠第一次走出實(shí)驗(yàn)室，面向世人。

云化服務(wù)為量子計(jì)算機(jī)商業(yè)化加速開辟捷徑。量子計(jì)算對(duì)超低溫、超穩(wěn)定性環(huán)境的苛刻要求決定了其商業(yè)化進(jìn)程不會(huì)從消費(fèi)端起步，短期內(nèi)不可能有類似 PC 的個(gè)人終端出現(xiàn)。這也是量子計(jì)算長(zhǎng)期停留在實(shí)驗(yàn)室層面被束之高閣的原因。隨著量子穩(wěn)定控制技術(shù)的進(jìn)步，量子計(jì)算商業(yè)化將借鑒超算發(fā)展的模式，最先涉足大型商業(yè)計(jì)算和科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域。平臺(tái)化的量子計(jì)算云服務(wù)將成為量子計(jì)算機(jī)商用的重要趨勢(shì)，有望大幅縮短量子信息產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

美國(guó)在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的戰(zhàn)略投入對(duì)我國(guó)具有重要警示和借鑒意義。美國(guó)將未來高科技的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)押寶在量子計(jì)算方面，這與其在信息時(shí)代掌握最核心的計(jì)算技術(shù)分不開。從 1995 年美國(guó)首次驗(yàn)證量子邏輯門的可實(shí)現(xiàn)性開始，美國(guó)政府投入了大量的國(guó)家資源組織研發(fā)。目前，已經(jīng)在通用量子計(jì)算、專用量子計(jì)算、量子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算軟件等領(lǐng)域完成了體系化戰(zhàn)略布局，在量子相關(guān)的學(xué)科建設(shè)和人才梯隊(duì)培養(yǎng)方面奠定了深厚的基礎(chǔ)，逼近技術(shù)突破的前夜。2018 年 12 月 21 日，美國(guó)總統(tǒng)特朗普簽署了《國(guó)家量子計(jì)劃法案》，計(jì)劃未來 10 年內(nèi)向量子研究注入 12 億美元資金。美國(guó)在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的戰(zhàn)略投入，將極有可能再次構(gòu)筑未來百年信息技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)壁壘，值得我國(guó)有關(guān)機(jī)構(gòu)高度重視。