姚期智認(rèn)為，量子計(jì)算在現(xiàn)階段基本上已經(jīng)是呼之欲出，但是，做最后的一里路，是一個(gè)非常艱難的過程?！耙?yàn)榇蠹叶歼€沒有考慮怎么糾錯(cuò)，這是一個(gè)非常難的問題，最后一里路，也是非常長的一里路?！?/p>

隨著光量子比特糾纏的數(shù)字不斷擴(kuò)大，國內(nèi)科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域的研究駛?cè)肓丝燔嚨馈?/p>

日前，21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者從中國科技大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉及其同事陸朝陽、劉乃樂、汪喜林等在國際上首次實(shí)現(xiàn)18個(gè)光量子比特的糾纏，再次刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀(jì)錄。

量子糾纏是物理學(xué)概念。在業(yè)界被稱為“量子計(jì)算之父”的潘建偉曾經(jīng)解釋說，量子糾纏是兩個(gè)（或多個(gè)）粒子共同組成的量子狀態(tài)，無論粒子之間相隔多遠(yuǎn)，測(cè)量其中一個(gè)粒子必然會(huì)影響其它粒子，這被稱為量子力學(xué)非定域性。

因此，量子糾纏的疊加對(duì)于量子計(jì)算的發(fā)展至關(guān)重要。6日，阿里巴巴達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室量子科學(xué)家徐華告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，中國科技大學(xué)的這項(xiàng)破紀(jì)錄的成果意義巨大。在量子力學(xué)基本原理上，是利用量子疊加、量子糾纏這些東西組合形成量子邏輯，實(shí)現(xiàn)信息處理的能力。而量子計(jì)算需多個(gè)光量子比特糾纏，數(shù)量越多意味著處理數(shù)據(jù)的能力可能會(huì)越強(qiáng)。

在國內(nèi)，除了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)等在著力投入量子計(jì)算之外，一些領(lǐng)軍的科技公司如BAT等也已經(jīng)加入到軟件領(lǐng)域的研發(fā)中。某高校一名研究員19日對(duì)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示，量子計(jì)算可以進(jìn)行大量的模擬和并行計(jì)算，從而助推人工智能行業(yè)的應(yīng)用，對(duì)制藥、生物、金融等需要大量數(shù)據(jù)的行業(yè)都會(huì)造成深遠(yuǎn)影響。

不過，下一步要實(shí)現(xiàn)更多個(gè)量子比特的糾纏，需進(jìn)行高精度、高效率的量子態(tài)制備和獨(dú)立量子比特間相互作用的精確調(diào)控。隨著量子比特?cái)?shù)的增加，操縱帶來的噪聲、串?dāng)_和錯(cuò)誤也隨之增加。這對(duì)量子體系的設(shè)計(jì)、加工和調(diào)控要求極高，對(duì)量子糾纏和量子計(jì)算的發(fā)展構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。

突破大規(guī)模計(jì)算

量子計(jì)算機(jī)是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律，進(jìn)行高速運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置，一旦實(shí)現(xiàn)，意味著計(jì)算速度會(huì)有數(shù)十億倍的提高。這一計(jì)算能力的飛躍，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越從算盤到當(dāng)代超級(jí)計(jì)算機(jī)的提升。

以阿里巴巴最近推出的“人臉識(shí)別”判斷，量子計(jì)算可以達(dá)到的處理速度令人難以想象。假設(shè)人們把這種量子計(jì)算機(jī)運(yùn)用到監(jiān)控領(lǐng)域，它可以瞬間在數(shù)據(jù)庫中掃描60億地球人的臉，并實(shí)時(shí)辨別出一個(gè)人的身份。

對(duì)數(shù)據(jù)的處理可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的并行，運(yùn)算速度會(huì)大大提高，同時(shí)，量子計(jì)算的速度會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)可操縱的糾纏比特?cái)?shù)的增加而呈指數(shù)級(jí)提升。因此，未來量子計(jì)算機(jī)可應(yīng)用于需要大規(guī)模計(jì)算的科學(xué)難題。

據(jù)悉，潘建偉團(tuán)隊(duì)研發(fā)的光量子計(jì)算機(jī)，在超導(dǎo)電路中能實(shí)現(xiàn)10比特糾纏和并行邏輯運(yùn)算。這個(gè)科研用的模擬機(jī)，性能比人類第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（1946年誕生）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（1954年誕生）快10到100倍。

量子計(jì)算應(yīng)用最實(shí)際的領(lǐng)域是在通信和人工智能方面。量子通信可以最大限度地保證用戶的隱私和信息安全，也正因?yàn)檫@樣，量子通信在國家信息安全層面有著越來越迫切的現(xiàn)實(shí)需求，這也是包括中國、美國及歐洲大力投入的原因。

據(jù)悉，北京和上海之間建造的長約2000公里的“京滬干線”是世界上第一條量子通信網(wǎng)絡(luò)。去年3月，阿里云公布了全球首個(gè)云上量子加密通訊案例，通過建立多個(gè)量子安全傳輸域，為客戶提供無條件安全數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

前述研究員認(rèn)為，量子密碼具有唯一性，很難被破解，也是它優(yōu)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的原因，但是，量子計(jì)算機(jī)適合解決復(fù)雜的優(yōu)化問題，并不能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的其他功能。同時(shí)，由于量子計(jì)算芯片工作環(huán)境要接近絕對(duì)零度，目前成本很高也難以小型化。所以，量子計(jì)算落地應(yīng)用還需要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研的合作，以推進(jìn)市場(chǎng)化落地。

“最后一里路”難題

在業(yè)界，量子計(jì)算仍然存在分歧。但是，隨著科技成果的陸續(xù)發(fā)布，產(chǎn)學(xué)界都達(dá)成了共識(shí)：即量子計(jì)算會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響，且無法回避量子計(jì)算時(shí)代的到來。

今年3月，谷歌宣布實(shí)現(xiàn)72個(gè)量子位的原型機(jī)，5月，阿里巴巴達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室發(fā)布消息，稱已研發(fā)出當(dāng)前世界最強(qiáng)的量子電路模擬器“太章”，成功模擬了81比特40層作為基準(zhǔn)的谷歌隨機(jī)量子電路。

此前，中國科學(xué)院院士、量子計(jì)算專家、圖靈獎(jiǎng)獲得者姚期智在公開演講中表示，自己目前最興奮的兩個(gè)熱門方向就是量子計(jì)算和人工智能，二者能夠有效結(jié)合在一起?！坝钪娼o我們兩個(gè)很大的挑戰(zhàn)，第一，量子物理能夠做出很精妙的事情，如果沒有量子計(jì)算我們就不能引領(lǐng)它；在軟件方面，我們?nèi)祟惸懿荒艿竭_(dá)大自然所孕育出來的物種的水平。如果能夠把量子計(jì)算和AI放在一起，我們可能做出連大自然都沒有想到的事情?！?/p>

目前，中美是世界上在量子計(jì)算領(lǐng)域取得重大突破的兩個(gè)主要國家，美國在近年每年投入超過2億美元到該領(lǐng)域的研發(fā)。在國內(nèi)，科學(xué)界也在努力突破，就在潘建偉團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了18個(gè)量子比特的糾纏，成功刷新美國在這一領(lǐng)域的紀(jì)錄后。同一時(shí)期，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦及其團(tuán)隊(duì)在一個(gè)128節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)集群上，完成了64量子比特、深度為22的量子隨機(jī)線路的模擬。

在業(yè)內(nèi)看來，這些破紀(jì)錄的成果，不能僅停留在理論階段，必須要落地到場(chǎng)景中去。國內(nèi)的電子商務(wù)、手機(jī)游戲、在線搜索、移動(dòng)支付、社交媒體、視頻流、在線出行、外賣等各個(gè)行業(yè)，已經(jīng)積累了海量的數(shù)據(jù)，量子計(jì)算將有助于政府和企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并加以利用。此外，也有望加快人工智能解決復(fù)雜領(lǐng)域的問題，如面部識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)和自動(dòng)駕駛等等。

姚期智認(rèn)為，量子計(jì)算在現(xiàn)階段基本上已經(jīng)是呼之欲出，但是，做最后的一里路，是一個(gè)非常艱難的過程?！耙苍S在以后的半年、一年有很多地方都會(huì)宣布，能夠有50個(gè)量子比特、100個(gè)量子比特的機(jī)器。這些當(dāng)然令人興奮，離實(shí)用還差得很遠(yuǎn)。因?yàn)榇蠹叶歼€沒有考慮怎么糾錯(cuò)，這是一個(gè)非常難的問題，最后一里路，也是非常長的一里路?！?/p>