中国学者近日发表论文指出，其最新研发的超导量子计算级与光量子计算机实现了创纪录的运算性能。德国同行指出，这说明中国在这一基础研究领域至少追平了西方水平。不过，目前全球的量子计算机尚处原型机阶段，和实际应用相距甚远。
IBM研发的量子计算原型机Q System One
近日，中国科学院的学者对外界表示，在超导量子计算和光量子计算方面都取得了重要进展，其中，66量子比特(Qubits,又译量子位元)的可编程超导量子计算原型机”祖冲之二号”比目前最快的超级计算机快一千万倍，计算复杂度比谷歌的超导量子计算原型机”悬铃木”(Sycamore)高一百万倍。
2019年，54量子比特的谷歌”悬铃木”成为了全球首个实现”量子优越”(Quantum Supremacy,又译量子霸权)的量子计算机，大幅超越了传统超级计算机的性能。不过，”悬铃木”只能处理一些非常抽象的特定任务，和日常应用场景还有很大的距离。
谷歌声称实现“量子霸权”
此次由中国学者研发的”祖冲之二号”，按照研发团队的说法，其处理任务的难度比”悬铃木”高出2~3个数量级。领衔此项研究的中科院院士潘建伟对中国央视表示，接下来将攻关量子纠错，从而探索使用量子计算来解决一些具有重大应用价值的科学问题。
除了使用超导量子计算技术的”祖冲之二号”，潘建伟团队此次还推出了光量子计算原型机”九章二号”，其每毫秒的运算能力相当于传统超级计算机运算3000亿亿年。不过，”九章二号”目前也同样只能处理特定任务，尚不适合应用场景。
专访：不能只掐中国脖子 美国得保持科技领先
美国参议员舒默（Chuck Schumer）正要求国会起草法案，希望加强美国在关键技术领域的发展，以抗衡中国。专家告诉德国之声，过去川普政府针对中国科技的制裁只能是暂时性措施，长远必须得加强自身竞争力。
近年来，中国在量子科技领域取得了全球领先地位。就在2020年，潘建伟团队与牛津大学等国际科研机构的学者在相隔上千公里的两个地面基站之间，实现了基于量子纠缠的无中继量子保密通信。这些科学家还利用”墨子号”量子通信实验卫星作为量子纠缠源，首次实现了相距上千公里的两地分发量子密钥。
尚未发挥最大算力
而此次”祖冲之二号”以及”九章二号”的研究成果，则被亚琛理工大学物理学教授、德国于利希超算研究中心量子通信专家米歇尔森(Kristel Michielsen)点评为”至少达到了西方的量子计算水平”。
中科院院士潘建伟则强调，其团队研发的”祖冲之二号”具有66量子比特，因此其性能为54量子比特的谷歌”悬铃木”的四倍。不过这两台原型机在处理试验任务时，都没有运用到其最大算力。
科学家预计，量子计算机今后有望实现搜索算法加密、物理仿真、化学分子模拟构建、人工智能等方面的应用。物理学家米歇尔森说：”尽管这些应用目前都还没有实现，但是量子计算原型机至少证明它能够处理这些高难度的任务。”
错误率太高
潘建伟则指出，目前的量子计算原型机错误率依然太高，因此无法投入到实际应用场景中去。
量子比特的稳定性问题依然是全球研发人员面临的重大挑战。米歇尔森说：”首先要试图制作出高品质的量子比特以及量子逻辑门，但是要保持它们的稳定，我们现在只能做到非常短的时间。”
对于超导量子计算机而言，稳定的量子态目前只能维持30~95毫秒，科学家现在只能争取在这一瞬间让量子计算机处理实验任务。
量子计算机的算力会随着量子比特数量的增加而大幅上升，但是同步上升的也有错误率。米歇尔森说：”在运行算法时，这就可能导致出错。甚至会出现这样的情况，理论算力更低的量子计算机反而展现出了更好的性能。为了纠错，就不得不使用更多的量子比特。”
中国学者潘建伟则在接受中国央视采访时说：”下一步我们希望能够通过4到5年的努力实现量子纠错。”
不同技术路线适应不同应用场景
“九章二号”光量子计算原型机则在可编程性方面取得了一定的突破。潘建伟在其研究论文中指出，相比以往的光量子计算设备，”九章二号”实现了对算法的更高掌控，而且能够完成一步以上的运算。
以往，光量子计算机一直被认为是不可编程的，其应用场景将十分有限。德国物理学家米歇尔森说：”量子计算的可编程性指的是：能够对量子比特进行控制。对于超导量子计算而言，可以通过向量子逻辑门发送脉冲信号来实现对量子比特的控制。”科学家可以通过量子算法完成极大的运算量，比如计算出某种分子的最低能态。
米歇尔森指出，在最新的光量子计算技术中，科学家使用移相器、分束器等元件来实现受控变化，而且光子接收器也不再只能接受一枚光子，而是能探测多枚光子。”相比第一代光量子计算机，这是一大进步。”她认为，”九章二号”的潜在应用场景包括”玻色子采样”运算，也就是对光子的运动进行模拟仿真。这种运算可以用于破解加密算法。”不过我还没听说有学者真的这么做。”
除了光量子、超导这两种量子计算，还有离子阱、半导体量子点、冷原子等技术路径。亚琛理工大学教授米歇尔森指出，目前还没有一种量子计算机能够适用于所有应用场景，”今后的情况很有可能是：某种量子计算机更适合于某一类应用场景，另一种量子计算机更适合另一类应用。适用于所有应用场景的量子计算机很可能不会出现。”量子计算机，也无法完全取代目前的传统计算机。
