《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》 記者 賈璇
近年來(lái)，伴隨AI計(jì)算需求的成倍提升，關(guān)于算力缺口的探討逐漸升溫。量子計(jì)算的出現(xiàn)，讓算力躍遷成為可能。
2019年9月，谷歌曾宣布研制出53個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)“懸鈴木”，該計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)量子線路取樣100萬(wàn)次僅花費(fèi)了200秒，而完成同樣任務(wù)，當(dāng)時(shí)世界排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)“Summit”則需要1萬(wàn)年。
所謂量子計(jì)算，是按照既定的算法和程序?qū)α孔討B(tài)進(jìn)行操控的過(guò)程。它作為核心，和量子通信、量子精密測(cè)量構(gòu)成了量子科技的三大領(lǐng)域。
作為一種全新的計(jì)算方式，量子計(jì)算在基礎(chǔ)科學(xué)探索、人工智能、數(shù)字經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域具備顛覆性的手段。在2023中關(guān)村論壇開(kāi)幕式上發(fā)布的10項(xiàng)重大科技成果中，就有新一代量子計(jì)算云平臺(tái)。
近年來(lái)，我國(guó)的量子計(jì)算科研工作捷報(bào)頻傳，在多粒子量子糾纏制備與操縱、光量子計(jì)算機(jī)和超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、量子通用系統(tǒng)軟件等方面，為世界量子科技發(fā)展貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧。
2023中關(guān)村論壇展出的分布式離子阱量子計(jì)算機(jī)（《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》 記者 賈璇 攝）
當(dāng)量子計(jì)算上云
在量子科技的三大領(lǐng)域中，量子計(jì)算集成了量子測(cè)量技術(shù)和量子通信，是量子科技由科學(xué)研究向工程化應(yīng)用的重要引擎。
“量子計(jì)算是基于量子疊加原理的懸心計(jì)算方式。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉在2023中關(guān)村論壇平行論壇量子計(jì)算發(fā)展與未來(lái)論壇上介紹，量子計(jì)算與量子模擬具有超快的計(jì)算能力，可以有效地揭示復(fù)雜物理系統(tǒng)規(guī)律。
6月初，潘建偉、陸朝陽(yáng)、劉乃樂(lè)等組成的研究團(tuán)隊(duì)基于“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)，進(jìn)行了兩類(lèi)圖論問(wèn)題的求解，實(shí)驗(yàn)速率相比全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)快了約1.8億倍。“這種能力可以用于解決經(jīng)典密碼破譯、氣象預(yù)報(bào)、金融分析和藥物設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。”潘建偉說(shuō)。
據(jù)介紹，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的主要物理系統(tǒng)有很多，包括光量子體系、超導(dǎo)體系、超冷原子體系、離子阱體系、固態(tài)自旋及拓?fù)鋺B(tài)等。
“從某種意義上講，我國(guó)是目前唯一在超導(dǎo)量子和光量子兩種物理體系上都達(dá)到量子計(jì)算優(yōu)越性里程碑的國(guó)家。”潘建偉強(qiáng)調(diào)，當(dāng)下量子計(jì)算的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化研究已成為世界各大國(guó)高度關(guān)注的戰(zhàn)略和重地。
在2022年12月15日至16日舉行的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上，明確提到要加快量子計(jì)算等前沿技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。在此發(fā)展過(guò)程中，量子計(jì)算云平臺(tái)的發(fā)展至關(guān)重要。
“國(guó)際上發(fā)展形勢(shì)很好，我國(guó)量子計(jì)算云平臺(tái)的起步晚了一些。”北京量子信息科學(xué)研究院研究員范桁坦言。他舉例說(shuō)明，目前IBM Quantum的用戶數(shù)量已經(jīng)超過(guò)45萬(wàn)，該平臺(tái)已上線了20多個(gè)芯片，這意味著每天在IBM上運(yùn)行了超過(guò)20億個(gè)量子線路。
出發(fā)晚但步伐快。環(huán)顧國(guó)內(nèi)，僅半個(gè)月內(nèi)，就有兩個(gè)對(duì)外開(kāi)放量子計(jì)算云平臺(tái)先后推出。
5月25日，北京量子信息科學(xué)研究院聯(lián)合中科院物理研究所和清華大學(xué)發(fā)布Quafu（夸父）量子計(jì)算云平臺(tái)，上線了三枚超導(dǎo)量子芯片，分別有136、18和10個(gè)量子比特，用戶可以自主選擇合適的芯片運(yùn)行量子計(jì)算任務(wù)。
6日后，接入“祖沖之號(hào)”同款176比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的新一代量子計(jì)算云平臺(tái)正式亮相。不僅刷新了我國(guó)云平臺(tái)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)比特?cái)?shù)紀(jì)錄，也是國(guó)際上首個(gè)在超導(dǎo)量子路線上具有實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性潛力的量子計(jì)算云平臺(tái)。
“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算常務(wù)副總指揮、國(guó)盾量子董事長(zhǎng)彭承志表示：“社會(huì)大眾可以利用量子計(jì)算云平臺(tái)進(jìn)行科普，親身體驗(yàn)簡(jiǎn)易的量子計(jì)算編程和圖像實(shí)驗(yàn)等；產(chǎn)業(yè)用戶可遠(yuǎn)程訪問(wèn)具備量子優(yōu)越性潛力的量子計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步發(fā)展量子編程框架，進(jìn)行應(yīng)用探索。”
此外，為了進(jìn)一步推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)研究、交流與應(yīng)用，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)兼容性和互操作性提供重要支撐，我國(guó)首個(gè)量子信息技術(shù)領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《量子計(jì)算術(shù)語(yǔ)和定義》于近日發(fā)布，并將于2023年12月1日開(kāi)始實(shí)施。
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了量子計(jì)算通用基儲(chǔ)硬件、軟件及應(yīng)用方面相關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義，為量子計(jì)算領(lǐng)域相關(guān)科研報(bào)告編寫(xiě)、標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)文件編制等工作提供規(guī)范指導(dǎo)，為我國(guó)量子信息技術(shù)領(lǐng)域科技、產(chǎn)業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基矗
量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化加速跑
隨著技術(shù)不斷突破，全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)正在加速奔跑。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC預(yù)測(cè)，2027年全球量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到107億美元。
目前，世界各國(guó)和各大高科技公司均圍繞量子科技悄然布局。我國(guó)在國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中強(qiáng)調(diào)，要在量子信息等產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃，布局一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)，加快布局量子計(jì)算、量子通信等前沿技術(shù)。
科技部基礎(chǔ)研究司副司長(zhǎng)黃燦宏表示：“量子計(jì)算基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化研究已成為當(dāng)今世界各大國(guó)高度關(guān)注的戰(zhàn)略高地和重地。目前，量子計(jì)算已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)和實(shí)踐合作驗(yàn)證及原理樣機(jī)的攻關(guān)階段，有望對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。”
面對(duì)全新機(jī)遇，各地方可謂摩拳擦掌。安徽合肥正全力打造“量子科技”“量子產(chǎn)業(yè)”雙高地。不僅誕生了世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，還有“九章二號(hào)”和“祖沖之二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)。在當(dāng)?shù)剡�形成了量子科技企業(yè)集聚的“量子大道”。
在武漢近日舉辦的“武漢量子論壇2023”會(huì)議上，量子安全電腦、量子通信北斗車(chē)載導(dǎo)航等多款量子安全終端產(chǎn)品橫空出世，加速湖北量子科技從實(shí)驗(yàn)室走向市常
作為國(guó)際科技創(chuàng)新中心，北京也在不斷優(yōu)化量子科技的產(chǎn)業(yè)布局。
北京市人大常委會(huì)副主任閆傲霜在為北京量子科技發(fā)展提出建議時(shí)，明確提到要培育量子信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動(dòng)能。“我們要推動(dòng)高校、科研院所、企業(yè)等各類(lèi)創(chuàng)新主體深度融合，加快量子信息技術(shù)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，營(yíng)造良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，不斷塑造發(fā)展的新動(dòng)能。”閆傲霜說(shuō)。
國(guó)內(nèi)諸多科技公司也紛紛入局量子科技領(lǐng)域，包括騰訊、百度、華為、阿里等。截至2022年10月18日，在全球公開(kāi)的量子計(jì)算領(lǐng)域發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量前100名的榜單中，共有15家中國(guó)公司入圍。
責(zé)編：郭霽瑤
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