近日，安徽省量子計算工程研究中心表示，中心聯合組建方之一的合肥本源量子計算科技有限責任公司目前已經研發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。這就意味著我國已經成為世界上第三個具備量子計算機整機交付能力的國家，也是我國繼實現“量子優越性”之后，又一次確立了在國際量子計算研究領域的領先地位。

目前，安徽省量子計算工程研究中心的工作進展非常快。要知道，這個研究中心去年2月才正式獲批，由本源量子與和中科院量子信息重點實驗室聯合組建，研究重心是以量子計算為研發方向，致力于推進中國量子計算機的工程化和產業化。目前，第一臺可交付的國產量子計算機已經在客戶方發光發熱。

量子計算的魅力

一直以來，我國都非常重視量子計算的發展。實際上，早在2017年，我國就已經研發出了世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機，由中國科學技術大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組等協同研發，標志著我國量子計算水平達到世界領先水平。

為什么我國一直重視在量子計算領域的投入呢？量子計算到底有什么魅力？

從概念上來看，量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。量子計算和傳統計算有一點相似的地方，那就是計算還是0和1來表達。不過，在量子計算中，一個量子比特可以處于0和1的疊加態，也就是說一個量子比特可以同時代表0和1。那么只需要對量子比特進行一次操作就相當于對0和1同時執行了操作。并且，在傳統計算機中，2位寄存器同一時間僅能夠儲存4個二進制數（00、01、10、11）中的一個，而一個2位的量子位寄存器可同時存儲這四種狀態的疊加狀態。

疊加態讓量子計算實現了真正的并行計算。舉一個例子，量子計算可以同時處理10比特的數據，也就是一下子計算完2的10次方個數據，在傳統計算中，只能一個一個去計算。具備這樣的優勢，那么一個1GHz的64位量子芯片的計算能力就可以達到“太湖之光”超級計算機的1500億倍。

量子計算不僅能夠大幅提升計算機的計算速度，同時也推動著算法的革新。目前，經典計算機基本都是依靠RSA加密技術進行加密，而量子計算中的Shor因子分解算法能夠迅速找到質數因子，進而破解密鑰，使得RSA加密技術不堪一擊。量子計算將遵循全新的數據檢索方式，也就是Grover算法，該算法通過量子計算的并行能力，同時給整個數據庫做變換，可用最快的步驟顯示出需要的數據。

對于當前快速發展的人工智能產業而言，量子計算有望顛覆目前人工智能技術的底層計算架構，使得大數據運算不再是以特定算法中的特定方式來運算，而是具有隨機性，有望打造出真正通用的人工智能模型，進入強人工智能時代。 因此，如果量子計算全面普及，那么傳統計算機將徹底消失，進入“量子霸權”時代。量子霸權并不是一個政治詞匯，并不是說誰實現了量子計算就成為了時代的霸主。實際上，量子霸權在國內就叫上面提到的量子優越性，指的量子計算機在某一項具體任務上真正打敗了傳統的經典計算機。2020年12月，中國第一次實現了量子霸權。

而在2019年，量子計算機原型“懸鈴木”曾用3分鐘完成超算需要計算1萬年的計算量，此次量子霸權的實現，讓“懸鈴木”一戰成名。 實現量子霸權之后，量子計算的下一個階段目標是在一些具體任務中部署量子計算機，隨著本源量子計算機的交付，中國已經實現了這一步。目前，量子計算應用探索主要集中在量子模擬、組合優化和線性代數求解等領域。其中，量子模擬能夠幫助化學、材料、醫藥等領域找到更接近自然的狀態；量子組合優化則能夠幫助量化金融、交通規劃、氣象預測等領域做更好的數據分析；量子線性代數求解能夠幫助人工智能、密碼學等領域提升計算效率。

全球主要國家的量子競賽

由于量子計算的巨大潛力和前景，得到了目前全球主要國家和地區的積極投入。

從時間上看，早在2019年美國科技公司就已經開始基于量子計算機原型為客戶提供服務。其中，上文提到的量子計算機原型“懸鈴木”由谷歌于2019年9月研制成功，10月份谷歌在《Nature》發表了一篇名為《使用可編程超導處理器的量子霸權》論文，向全球揭露了這款計算機實現了量子霸權；2019年11月，微軟基于霍尼韋爾和兩家初創公司的硬件在Azure Quantum云計算服務中推出了量子計算服務；2019年12月，亞馬遜發布了其量子計算機服務Braket預覽版。

在量子計算方面，歐洲同樣不甘落后。歐洲高性能計算聯合企業在2022年10月宣布，將選擇捷克、德國、西班牙、法國、意大利、波蘭六個成員國來部署史上第一個歐洲量子計算機網絡，并將于2023年正式投入使用。不過，根據BCG的分析報告，歐洲在量子計算方面缺乏計算硬件基礎，德國量子研究的計算機采購自IBM。而歐洲知名量子初創企業IQM推出的量子計算機目前只有5個量子位，到2024年會擴容到50量子比特。

在我國，量子計算是中國科學院重要的研究課題，中國科學院院士潘建偉團隊以及郭光燦院士團隊是此中代表。其中，潘建偉院士團隊的目標是能夠在未來5年的時間實現量子糾錯，在此基礎上，通過10-15年的努力，構建通用的量子計算機。此外，中科院也接連發布多款量子計算軟件，以軟硬件結合的方式部署量子計算。目前，國內已經擁有“九章二號”量子計算機，以及基于本源量子“悟空”芯片打造的可交付量子計算機等全球領先硬件。

在量子計算方面，日本也有很大的雄心。2022年4月份，日本宣布了一項戰略計劃，計劃在2023年3月底之前將其第一臺國產量子計算機投入使用，預計到2030年將會有1000萬人使用該技術。同時，日本還擁有豐田汽車、日立和 NTT 等數十家日本企業組成的量子戰略產業革命聯盟：Q-STAR。

實際上，全球第一臺商用的量子計算機來自加拿大，命名為“D-Wave One”。在量子計算的基礎研究上，加拿大也處于第一梯隊，郭光燦院士便曾在加拿大學習量子計算相關理論。不過，在后續的產業投資和政策支持方面，加拿大表現的并不突出。

后記

當前，在量子計算研究學者的圈子里，將擁有量子計算、量子通信、量子精密測量技術的世界稱之為量子世界，現在的世界便稱為經典世界。這種說法無疑也證明了，量子計算對于現階段的計算機科學是一項顛覆性的技術，將會開啟全新的運算篇章。

雖然量子霸權的本意并不是要讓擁有量子計算的國家和地區稱霸世界，但是領跑量子計算 研究，無疑是在下一個科技時代占得了先機，因此國內第一臺商用量子計算機的交付意義重大。

審核編輯 ：李倩