溫曉君

在今年初舉辦的 2019 年國際消費類電子產品展覽會（CES）上，IBM公司展示了一款量子計算機原理樣機 IBM Q System One。IBM 稱它是世界上首個專為科學和商業(yè)用途設計的集成通用近似量子計算機，已執(zhí)行超過 700 萬個量子程序，研究結果被 120多篇學術論文引用。IBM 同時還宣布將于年內在紐約波基浦西市（Poughkeepsie）開設首個 IBM Q 量子計算中心。

IBM Q 是 IBM 公司在量子信息科學和計算機技術領域的最新成果，盡管其商業(yè)化用途和計算效率尚待確認，但它的問世預示著量子計算機向著商用化方向邁出了標志性的一步。

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

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

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

云化服務為量子計算機商業(yè)化加速開辟捷徑。量子計算對超低溫、超穩(wěn)定性環(huán)境的苛刻要求決定了其商業(yè)化進程不會從消費端起步，短期內不可能有類似 PC 的個人終端出現(xiàn)。這也是量子計算長期停留在實驗室層面被束之高閣的原因。隨著量子穩(wěn)定控制技術的進步，量子計算商業(yè)化將借鑒超算發(fā)展的模式，最先涉足大型商業(yè)計算和科學計算領域。平臺化的量子計算云服務將成為量子計算機商用的重要趨勢，有望大幅縮短量子信息產業(yè)化進程。

美國在量子信息科學領域的戰(zhàn)略投入對我國具有重要警示和借鑒意義。美國將未來高科技的競爭優(yōu)勢押寶在量子計算方面，這與其在信息時代掌握最核心的計算技術分不開。從 1995 年美國首次驗證量子邏輯門的可實現(xiàn)性開始，美國政府投入了大量的國家資源組織研發(fā)。目前，已經在通用量子計算、專用量子計算、量子計算機、量子計算軟件等領域完成了體系化戰(zhàn)略布局，在量子相關的學科建設和人才梯隊培養(yǎng)方面奠定了深厚的基礎，逼近技術突破的前夜。2018 年 12 月 21 日，美國總統(tǒng)特朗普簽署了《國家量子計劃法案》，計劃未來 10 年內向量子研究注入 12 億美元資金。美國在量子信息科學領域的戰(zhàn)略投入，將極有可能再次構筑未來百年信息技術核心競爭壁壘，值得我國有關機構高度重視。