综述：量子计算竞争面临关键时刻

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新华社华盛顿11月19日电摘要:量子计算竞赛正面临关键时刻

新华社记者林

最近，国际商用机器公司宣布成功开发了一个50比特的处理器原型。业内专家表示，尽管原型处理器的性能细节尚不清楚，但这一事件表明，争夺“量子霸权”的战斗正进入关键时期，但量子计算仍远未实际应用。

“量子霸权”竞争激烈

在过去的18个月里，IBM已经推出了5个和16个量子位处理器。这一次，该公司宣布，它已经成功开发了一个20位处理器，其量子位状态(相干时间)可以保持90微秒的记录。但更引人注目的是，它还宣布成功建造了一个具有类似性能指标的50位处理器原型。

50量子位被认为是量子计算的里程碑。业界讨论中常用的一个词是“量子霸权”，这意味着如果量子计算机的计算能力超过经典计算机，它将相对于经典计算机实现“霸权”。有些人认为量子计算机在拥有50个量子比特后可以实现“量子霸权”。

行业巨头正为这个目标激烈竞争。除了IBM，谷歌、英特尔和微软也投入了大量的研发资金。谷歌一直被视为“领导者”。它已经发射了一台9比特的机器，并宣布将在今年年底前宣布49比特的系统。

“IBM发布这个消息是为了赶上谷歌吗？人们不可避免地会有这样的疑虑，”奥斯汀得克萨斯大学量子信息中心主任斯科特·阿伦森告诉新华社。“每个人都知道，谷歌和IBM是目前超导量子比特技术的两个领导者，他们的水平大致相当。”

超导量子计算是实现量子计算的一种方式。就在一个月前，英特尔宣布推出17位超导计算测试芯片。今年5月，中国科技大学潘建伟团队宣布了10个超导量子比特的纠缠，在基于超导系统的量子计算机研究上取得了突破。

阿伦森说，世界各地的许多其他团队正在使用不同的方法来开发量子计算技术，他对一家公司可能在未来一年左右赢得“量子霸权”的战斗感到兴奋。

阿伦森说:“显然，制造量子计算机现在是一个世界性的竞争。”“IBM的声明不会平息竞争，因为真正的问题不是有多少量子位，而是如何利用这些量子位。”

量子位的数量不是全部

IBM声称的50比特处理器的原型在什么水平？阿伦森说，IBM还没有发表任何研究论文，很难知道处理器原型的技术细节。因此，在祝贺他的同时，他也有一些问题，包括处理器原型的相干时间是多少？使用了多少量子门？这个系统足以证明“量子霸权”吗？

“量子位的数量远不是唯一的关键因素。否则，根据这个计算，(加拿大)D波公司已经出售了一个拥有2000个量子位的系统。问题在于，这些量子位似乎没有足够好的相干时间，因此该系统与经典计算机相比没有明显优势。”他说。

D波公司的系统与IBM、谷歌等公司开发的系统完全不同。，因为它不能执行逻辑门操作，并且相干时间难以验证。许多研究者认为称它为量子计算机是不合适的。

麻省大学超导量子电路助理教授王晨持类似观点。他说，归根结底，IBM做得有多好取决于他们的50个量子位连接得有多好。

“对于超导量子计算机来说，打印数千个量子比特并不是一个根本性的困难。困难在于如何使它们的量子态精确地相互作用。”“鉴于IBM未能提供(50个量子位的原型)。任何具体信息，因此我们无法对其进行评估。”

量子计算实用化需要时间

阿伦森提醒说，即使“量子霸权”在未来得以实现，量子计算投入实际应用可能还需要一段时间。“我们目前的最佳猜测是，解决‘实际’问题可能至少需要100到200个量子位，比任何经典计算机都快得多。”

他预测，量子计算的第一批应用将涉及量子物理本身的模拟，以便进一步了解在工业中起重要作用的化学过程，设计新药，以及研究高温超导性。如果一切顺利，我们可能在未来五年内看到这样的应用，但没有人能给出明确的答案。之后，有可能使用更大的量子计算机来解决其他任务，包括破解密码。

阿伦森说:“从IBM、谷歌、微软以及许多初创企业和风险投资公司目前正在这个领域大举投资的角度来看，量子计算已经商业化。”“但是如果量子计算机比经典方法更快。根据解决问题的标准，量子计算尚未商业化，而且可能在几年内不会商业化。”

王晨还认为，在实际应用中，一个有50个量子比特的量子系统并不意味着它能做任何经典计算机不能做的有意义的运算。

王晨说:“真正意义上，数字量子计算需要大量的量子比特来存储少量的信息，才能实现纠错操作，而我们在这方面还远远落后。”“但5到10年后，我认为这是相当乐观的。对于一些特殊的科学模拟和计算，数百或数千个量子位可能是有用的。”

对于我国的量子计算研究，王晨认为，虽然我国超导量子系统的研究起步较晚，但已有几个群体对其进行了关注并取得了快速进展。“目前，每个人的竞争主要是在学术层面，实验需要一些技术积累，但主要技术也是开放的，所以每个人之间没有太大的差异。”。