张媛 周强 张扬

2021年10月，我国量子计算领域双喜临门：“祖冲之号”和“九章”的2.0升级版——“祖冲之二号”“九章二号”均成功构建。

“祖冲之二号”构建了66比特可编程超导量子计算原型机。“九章二号”则再次刷新国际光量子操纵的技术水平，处理特定问题比目前全球最快的超级计算机快10的24次方倍。这意味着，我国已成为世界上唯一在超导量子和光量子两种体系下达到“量子优越性”里程碑的国家。

几十年间，量子计算机一步步从科学家的大胆构想中走向现实。这一路经历了怎样的曲折过程？世界上至今有哪些量子计算机？“祖冲之号”和“九章”的2.0版实现了怎样的技术升级？

道阻且长，行则将至

1981年，诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼提出了两个富有洞察力的问题：经典计算机是否能有效模拟量子系统？舍弃经典的图灵机模型而利用具有奇特性质的量子材料，能否构建模拟量子系统的计算机？

这是人类首次提出量子计算机概念。量子计算机的时代帷幕也由此拉开。

量子计算意义深远，因为它开启了一种全新的计算模式。古希腊数学家毕达哥拉斯说，任何事情都可用数来代表。也就是说，任何问题都可以变成一个函数计算：输入一个数，通过一个模型演化运算，再输出一个数。

这个模型就像一个黑匣子，利用经典力学时就是我们现在正在使用的经典图灵机，利用量子力学时就是全新的量子计算机。

一个标准的量子计算机，通常需要具备3个基本模块：一是软件系统，即量子算法;二是量子信息控制系统，即量子电路，用来确保量子计算中可靠的底层信息处理，这相当于操作系统和编程;三是硬件体系。……