新華社華盛頓11月19日電 綜述:量子計算競爭面臨關鍵時刻

新華社記者 林小春

近日,美國IBM(國際商用機器公司)宣布成功研制一款50量子位處理器原型。業內專家表示,盡管不清楚該處理器原型的性能細節,但這一事件說明“量子霸權”爭奪戰正進入關鍵期,不過量子計算距實際應用仍有距離。

“量子霸權”激烈競爭

過去18個月中,IBM先后對外推出5和16量子位處理器。此次,該公司又宣布成功研制20量子位處理器,其量子位狀態(即相干時間)能維持創紀錄的90微秒。但更引人注意的是,它還宣布成功構建具有類似性能指標的50量子位處理器原型。

50量子位被認為是量子計算中的一個里程碑。業界討論中常用的一個詞是“量子霸權”,這是指如果量子計算機的計算能力超過經典計算機,就實現了相對于經典計算機的“霸權”。有觀點認為,量子計算機在有50量子位后就能實現“量子霸權”。

業界巨頭在為這個目標激烈競爭。除了IBM外,谷歌、英特爾和微軟等也投入大量研發資金。谷歌一直被視為“領頭羊”,已推出9量子位的機器,并宣布將于今年年底前公布49量子位系統。

“IBM發布這一消息是為了趕超谷歌?人們免不了有這樣的懷疑,”美國得克薩斯大學奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森告訴新華社記者,“大家清楚谷歌和IBM是目前超導量子位技術的兩大領先者,它們的水平大致旗鼓相當。”

超導量子計算是實現量子計算的一種方式。就在一個月前,英特爾宣布推出17量子位超導計算測試芯片。中國科學技術大學潘建偉團隊曾于今年5月宣布實現10個超導量子比特的糾纏,在基于超導體系的量子計算機研究方面取得突破性進展。

阿倫森說,全球還有其他許多團隊在使用不同方法研制量子計算技術,他對接下來一年左右時間可能有某個公司贏得“量子霸權”爭奪戰而興奮。

“很顯然,建造量子計算機現在是一個世界范圍內的競賽,”阿倫森說,“IBM的宣布并不會使競賽平息,因為真正的問題不是有多少個量子位,而是能用這些量子位做些什么。”

量子位數量并非全部

IBM宣稱的50量子位處理器原型到底處于什么水平?阿倫森說,IBM沒有發表任何研究論文,很難知道該處理器原型的技術細節,所以他在表示祝賀的同時,也有一些疑問,包括該處理器原型的相干時間到底是多少?使用了多少量子門?這個系統足以進行“量子霸權”演示嗎?

“量子位的數量遠不是唯一的關鍵因素。否則按這個算的話,(加拿大)D波公司已在銷售的一個系統已經有2000個量子位了,問題在于這些量子位似乎沒有足夠好的相干時間,以至于該系統沒有任何方面明顯勝過經典計算機。”他說。

D波公司的系統與IBM、谷歌等研制的系統完全不同,它無法進行邏輯門運算,相干時間也難以考據,許多研究人員認為稱它為量子計算機不妥。

美國馬薩諸塞大學研究超導量子電路的助理教授王晨持類似看法。他說,IBM做得怎么樣,歸根結底還是要看它們的50個量子位連在一起性能如何。

“對于超導量子計算機,印制成千上萬個量子位并不是根本性的難點,難點在于如何讓它們的量子態精確無誤地相互作用,”王晨說,“鑒于IBM沒有提供(50量子位原型)任何具體信息,所以我們無法評價。”

量子計算實用尚需時日

阿倫森提醒,即便將來實現了“量子霸權”,距量子計算進入實用可能還需要一段時間,“我們目前最好的猜測是,以比任何經典計算機快得多的速度來解決‘實際’問題,可能至少需要100到200個量子位”。

他預測,量子計算的第一批應用將涉及量子物理本身的模擬,以進一步了解在工業上起重要作用的化學過程、設計新藥物、研究高溫超導等。“如果這些都很順利,我們可能在未來5年看到這樣的應用,但沒有人能給出確切答案”。之后,才有可能使用更大型的量子計算機來解決其他任務,包括破解密碼等。

“從IBM、谷歌、微軟和許多初創企業和風險投資公司目前在這個領域投入巨資的角度看,量子計算已經走向商業化了,”阿倫森說,“但如果從量子計算機達到比經典方式更快解決問題的標準看,量子計算尚未商業化,可能再過一些年也不能商業化。”

王晨同樣認為,從實際應用看,50量子位的量子系統并不代表它就可以做任何有意義的、經典計算機無法做的運算。

“真正意義上的數字化量子計算需要大量的量子位來存儲少量信息,以實現可糾錯運算,這個方面我們現在還差得比較遠,”王晨說,“但5到10年以后,我覺得還是挺令人樂觀的。對于一些特殊的科學模擬和計算,幾百、幾千個量子位可能就可以有用武之地。”

對于中國的量子計算研究,王晨認為,雖然中國超導量子系統的研究開展得相對較晚,但目前有好幾個組集中力量在做,進展很快。“現在大家的競爭主要是學術層面的,實驗上需要一些技術積累,但主要技術也都是公開的,所以大家之間的差距并沒有多大”。