大鬧量子計算天宮？國產(chǎn)“悟空”問世

阿離

“悟空”即將破石而出

1月31日，據(jù)央視新聞報道，我國首條量子芯片生產(chǎn)線首次向公眾亮相，當前生產(chǎn)線正在緊鑼密鼓地生產(chǎn)量子芯片。我國最新量子計算機“悟空”即將面世。

“全球有100多家量子計算公司投入了巨大的人力物力進行研制，加拿大的量子計算公司2011年出售了其第一臺量子計算機，美國IBM公司在2019年將其商用量子計算機交付部署，中國公司本源量子的量子計算機在2021年就已交付用戶。”——據(jù)本源量子消息，在安徽合肥，國內首條量子芯片生產(chǎn)線上這幾天已經(jīng)是一片繁忙景象。合肥本源量子已研發(fā)出多臺中國量子計算機，并成功交付一臺量子計算機給用戶使用。該量子計算機的成功交付使我國成為世界上第三個具備量子計算機整機交付能力的國家。這是我國繼實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”之后，又一次確立了在國際量子計算研究領域的領先地位。

另一家國內量子技術上市公司國盾量子近日也宣布完成了一臺“祖沖之二號”同等規(guī)模超導量子計算原型機的搭建，并將上線國盾量子計算云平臺，為用戶提供真實量子計算設備，探索量子計算產(chǎn)業(yè)應用。據(jù)公開信息，“祖沖之二號”計算復雜度比谷歌公開報道的53比特超導量子計算原型機“懸鈴木”提高了6個數(shù)量級。

除整機之外，我國在量子芯片這個作為量子計算機的核心基礎底座領域也早有布局。量子芯片作為量子計算機最核心的部分，是執(zhí)行量子計算和量子信息處理的硬件裝置。國盾量子作為全球領先的量子安全解決方案供應商和量子通信設備制造商，正在研發(fā)量子通信專用芯片。2022年下半年，國盾量子搭建了一臺“祖沖之二號”同等規(guī)模的超導量子計算機，并將上線量子計算云平臺。此外，國盾量子同光迅科技共同開發(fā)量子芯片，已經(jīng)達到產(chǎn)業(yè)化應用，達到了預期的戰(zhàn)略目的。

我國離量子通信網(wǎng)絡更近一步

量子通信是我國近年來技術攻關的重點領域，除“悟空”外，近日，中國科學技術大學潘建偉、陳騰云等與清華大學馬雄峰合作，首次在實驗上實現(xiàn)了模式匹配量子密鑰分發(fā)，相關研究成果日前發(fā)表在國際學術期刊《物理評論快報》上，這意味著我們離量子通信網(wǎng)絡又近了一步。

量子密鑰分發(fā)基于量子力學基本原理，可以實現(xiàn)理論上無條件安全的保密通信。模式匹配量子密鑰分發(fā)協(xié)議（MP-QKD）是由清華大學馬雄峰研究組于2022年提出的一種新型測量設備無關量子密鑰分發(fā)協(xié)議，相較于原始的測量設備無關協(xié)議，可以將更多的探測事件用于成碼，可以很大程度提高成碼率；相較于雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議和相位匹配協(xié)議，無需復雜的激光器鎖頻鎖相技術，節(jié)省成本且降低了實際應用難度，同時對環(huán)境噪聲有更好的抗干擾能力。

研究表明，模式匹配量子密鑰分發(fā)在不需激光器鎖頻鎖相的條件下可以實現(xiàn)遠距離安全成碼且在城域距離有較高成碼率，極大地降低了協(xié)議實現(xiàn)難度，對未來量子通信網(wǎng)絡構建具有重要意義。

量子計算成熱門賽道

量子信息技術是量子科技重要組成部分，主要包括量子計算、量子通信和量子測量三大領域，在提升計算困難問題運算處理能力、加強信息安全保護能力、提高傳感測量精度等方面，具備超越經(jīng)典信息技術的潛力。

在市場方面，量子計算有望在10—15年內實現(xiàn)商用，預計量子計算的商用元年在2030年左右。以2030年為量子計算商用元年，預計2030年全球量子計算市場規(guī)模將達到140.1億美元，并以30%左右的增速平緩上漲，至2035年預計會達到489.7億美元的量子計算市場規(guī)模。如此前景下，全球主要國家在量子信息技術領域加強科技政策布局，推出發(fā)展戰(zhàn)略和研究項目規(guī)劃，加大公共研發(fā)資金的支持投入力度，推動量子技術從“基礎到市場”。

2018年12月，美國通過《國家量子計劃法案》，計劃投資超30億美元。中國投資超100億美元在合肥市建造了世界上最大的量子研究設施——量子信息科學國家實驗室，在公共投資方面處于全球領先地位。其他國家正與量子計算領先者結成聯(lián)盟，如2021年，澳大利亞、英國和美國成立AUKUS聯(lián)盟，專注于新技術開發(fā)，分享在人工智能和量子計算等領域的技術進步成果。

2022年1月，量子信息作為“關鍵技術”被寫入《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，2022年12月，中央經(jīng)濟工作會議指出加快新能源、人工智能、生物制造、綠色低碳、量子計算等前沿技術研發(fā)和應用推廣。量子計算作為量子信息領域的關注焦點，樣機研發(fā)與性能提升是實現(xiàn)量子計算潛力的核心，超導和離子阱技術路線持續(xù)領跑，硅半導體、光量子和中性原子等技術路線在樣機技術指標提升方面發(fā)展迅速，硬件技術處于多種方案并存發(fā)展階段；而進一步提升物理硬件指標與算法糾錯性能，實現(xiàn)基于量子糾錯的邏輯量子比特是量子計算的下一個重要里程碑。

除前面提到的國盾量子、本源外，百度、阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭也在量子計算領域有所布局，共同推動我國量子計算技術和行業(yè)前行。

編輯點評：量子計算技術目前仍處于基礎研發(fā)階段，但其未來應用潛力蘊藏著巨大的商業(yè)市場。量子計算技術所具有的潛在顛覆性能力引起了美國、歐盟等高度重視，他們將量子技術上升到國家戰(zhàn)略高度，通過部署一系列研究計劃和發(fā)展舉措奪取未來量子計算全球領導權。各國具體的量子計算計劃為各自國家戰(zhàn)略提供了切入點。未來幾年將是量子計算技術進步、商業(yè)化水平提升、產(chǎn)業(yè)合作格局進一步完善的重要階段。培育良好的量子計算生態(tài)系統(tǒng)，增強科技研發(fā)能力，加強創(chuàng)新實力，推進量子商業(yè)化發(fā)展模式，奪取未來量子計算制高點，已成為全球大國競爭的關鍵點。