孙杰贤

谷歌公司日前声称打造出能够超越当今最强大的超级计算机能力的量子计算机，并宣称是全球首次实现“量子霸权”。

谷歌这台量子计算机有多强？它用了200 秒完成一个计算，而同样的计算用当今最强大的超级计算机执行，需要约一万年。

量子计算如此强大，让人不仅联想起前不久国内有教育机构推出了神奇的“量子波动速读”法，号称学生的“翻书式”阅读速度至少可达2万字每分钟，而普通人的平均阅读速度每分钟只有500字。

当然，前者是科学，后者是炒作。

言归正传。量子计算为何如此强悍？根据相关专业解读：量子比特可以制备在两个逻辑态0和1的相干叠加态，换句话讲，它可以同时存储0和1。考虑一个 N个物理比特的存储器，若它是经典存储器，则它只能存储2的N次方个可能数据当中的任一个。若它是量子存储器，则它可以同时存储2的N次方个数据。由于数学操作可以同时对存储器中全部的数据进行，因此，量子计算机在实施一次的运算中可以对2的N次方个输入数据同时进行数学运算。其效果相当于经典计算机要重复实施2的N次方次操作，或者采用2的N次方个不同处理器实行并行操作。这便是量子计算和传统计算的巨大差距所在。

什么量子比特、量子纠缠、量子叠加、量子算法，都过于专业和技术，我们只需记住一点：量子计算是对传统计算的彻底颠覆。量子计算成熟之时，就是传统IT体系崩塌之日。

谷歌在量子计算领域的投入已经持续了13年的时间。当初之所以押注量子计算，是因为谷歌相信，量子计算可以加速解决一些世界上最紧迫的问题，从气候变化到疾病预防与治疗。除了谷歌，IBM和INTEL这些IT巨头也对量子计算进行了跟踪与研发。

IBM今年1月曾在美国拉斯维加斯消费电子展上展示了20量子比特的“IBM Q系统1”。虽然其量子比特的数量不及业界此前发布的一些设备，但它具有表现稳定、结构紧凑等特性，实用性大为增强，被IBM称为可“商用”的量子计算机。9月，IBM又宣布推出迄今为止最强大的一台量子计算机，可操作53个量子比特，也是该公司的第14台量子计算机。

在量子计算领域，我们经常听到一个术语是文章开始提到的“量子霸权“。量子霸权，也叫量子优势，即在未来的某个时刻，功能强大的量子计算机可以完成经典计算机几乎不可能完成的任务。量子霸权的实现也意味着量子计算技术的成熟，量子计算技术的商用也便指日可待。

所以，量子霸权之争也就是未来数字世界之争。著名的量子计算专家，中国科学技术大学教授潘建伟曾将量子计算技术比喻成和平时代的核武器。

为此，美国众多科学机构敦促国会尽快制定一项为量子研究和教育工作提供资金的战略计划后，美国众议院立法者很快就有所动作——其科学委员会将就一项新的长达10年的国家量子计划（NQI）提出法案，而白宫也计划正式启动新的领导小组，以指导联邦政府在量子科学领域发挥应有的作用，以确保“美国在量子技术领域的领先地位”。IBM投入30亿美元研发量子计算等下一代芯片，谷歌的投入更是巨大，而微软公司也与多所大学共建量子实验室。

欧盟从2018年开始，投入10亿欧元实施“量子旗舰”计划。英国在牛津大学等高校建立量子研究中心，投入约2.5亿美元培养人才。荷兰向代尔夫特理工大学投资1.4亿美元研究量子计算。

日本计划未来10年内在量子计算领域投资3.6亿美元。加拿大已投入2.1亿美元资助滑铁卢大学的量子研究。澳大利亚政府、银行等出资8300万澳元在新南威尔士大学成立量子计算公司。

在量子计算研究发领域，我国是后来者，但进展迅速，并且在多个技术分支上取得领先优势。据统计，我国量子科研论文发表量排名全球第一、专利应用排名第二。可以说，在“第二次量子革命”的起步阶段，我国已经进入世界“第一阵营”。

2017年，中国科技大学的相关团队宣称成功构建出世界上第一台光量子计算机，而且在全球首次实现了10个超导量子比特的高精度操纵，为我国迈入量子计算时代奠定了坚实的技术基础。

同年，世界上首顆量子科学实验卫星——“墨子号”量子科学实验卫星与地面率先成功实现“千公里级”的星地双向量子纠缠和密钥分发及隐形传态。2018年1月，中国科技大学相关研究团队联合中科院上海技术物理所以及微小卫星创新研究院、国家空间科学中心等单位利用“墨子号”量子科学实验卫星，在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。

前不久，由中科院物理所、中科院自动化所、浙江大学以及北京计算科学研究中心等机构所组成的联合团队宣称开发出了一款具有20个超导量子比特纠缠的量子芯片。这款量子芯片成功地实现了全局纠缠，并且刷新了固态量子器件中生成纠缠态的量子比特数目的世界纪录。表明我国在量子计算的研究道路上又迈进了一大步。

根据相关研究报告，随着各个国家不断投资量子计算领域的研究活动，以及它们对量子计算商业化的关注，全球量子计算预计将成指数增长，达到30.9%。预计到2025年底全球范围内将采用和量子计算技术，收入有可能超过230亿美元。但是，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长潘建伟认为，通用量子计算的实现可能至少需要10年甚至更长的时间。