30多年前，化学学家提出了借助量子建立估算系统的构想，随后科技界就没有停止过探求。量子计算机到底有何本事，现在走到了哪一步？记者专访了相关专家。
“在量子计算机面前，传统的计算机如同‘算盘’”
近段时间，量子计算机领域频频传来重要进展：日本霍尼韦尔公司表示研制出64量子容积的量子计算机，性能是上一代的两倍；我国本源量子估算公司与中科院量子信息重点实验室等研究团队合作，在国际上首次发觉一种控制、读取量子比特的新思路，为扩充量子比特提供了可能性……
何为量子计算机？简单地说，当某个装置处理和估算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就属于量子计算机。
人们对量子计算机饱含期盼，与传统计算机遭到困局不无关系。近些年来，传统计算机性能下降越来越困难，探求全新化学原理的高性能估算技术应运而生。
“量子计算机是芯片规格突破精典化学极限的必然产物，是后摩尔时代的标志性技术。”中科院教授、中科院量子信息重点实验室处长郭光灿说，在微观状态下，量子是一个不可再分割的基本单位。人们所熟知的电子、光子等微观粒子，都是量子的一种表现形态。
传统计算机用0和1存储与处理数据，也称精典比特。量子计算机的神奇之处在于，它的基本估算单元——量子比特可以同时是0和1，即容许“叠加态”共存，因而拥有更强悍的并行能力。举个反例，即便在800万本书里找一个词组，精典计算机的方式是一本一本地搜索，提升速率要用多个处理器来协同求解。而量子的叠加性质，与二补码算法的运行逻辑不同，致使量子计算机可以分身为800万台计算机同时找寻。“在量子计算机面前，传统的计算机如同‘算盘’。”郭光灿表示。
据本源量子估算公司总工裁张辉介绍，在须要大规模估算的领域，量子计算机可一展拳脚，如推动先进材料制造和新能源开发等。在抗生素研制方面，量子计算机通过精准模拟各类分子、原子的自然演变，可帮助科研人员快速找到对付病毒的抗生素；在公共交通领域，量子估算就能迅速对复杂的交通状况进行剖析预判，因而调度综合交通系统，最大限度防止公路堵车。
量子估算应用走出实验室，得益于它的工程化加快。当前，不少国家都把量子估算当成未来技术制高点，国外外著名的企业纷纷投身量子估算，全球量子估算创业公司超过百家。郭光灿表示，量子估算发展比想像的更快，许多逗留在纸面上的看法渐渐弄成了现实。
“如果以精典计算机发展进程来评判，如今量子计算机处于初期的‘电子管时代’”
量子计算机即使前景宽广，但落地应用仍是长路漫漫。郭光灿强调，作出量子计算机须要满足三个基本条件：量子芯片、量子编码和量子算法。它们分别是实现量子估算的化学系统、确保估算可靠性的处理系统和提升运算速率的关键。
“做量子计算机，首先要足够多的量子比特。”腾讯量子实验室中级研究员郑亚锐解释说。哪些是量子比特？理论上，自然界中一切有量子效应的载体都可用作量子比特。经过常年探求，科学家发觉，超导、离子阱、光子、超冷原子、半导体量子点等，都存在量子效应，意味着才能用于开发量子计算机。而这种不同的体系，缔造了量子计算机不同的技术实现路线。
量子计算机迈向实用，要控制多少个量子比特？郑亚锐说，通常觉得要控制100万个量子比特。但眼下，工业界能控制的量子比特还不超过100个。
在宏观环境下，怎样保持微观环境下的量子特点，是量子计算机落地应用的另一个重要障碍。实现这一点，要求较长的相干时间（量子系统衰退的时间常数），以及特别高的保真度。“提高比特数目的同时，又不增加保真度，是学术界聚焦的困局。”郑亚锐说。
“每一个体系都有异同点，究竟哪条路线能实现量子估算，你们心中也不清楚。”张辉说。具体地说，半导体量子点路线操控性便捷，但相干时间很短；光学或则离子阱路线相干时间长，但可扩充性差。复旦学院量子信息中心副院长金奇奂表示，近些年来，学界对离子阱路线的基础研究好多，但工业界关注不够，工程、工艺上细致的工作刚才起步。
目前，多数开发者选择的是超导和半导体两条路线，二者的工程化、工艺化也快速深化。开发者希望，利用先进的半导体、集成电路工艺，在推动量子计算机研发的同时，为未来量子计算机与精典计算机的潜在融合做打算。
从电子管到晶体管，再到集成电路，随着材料和工艺的迭代，精典计算机性能不断提高。“如果以精典计算机发展进程来评判，如今量子计算机处于初期的‘电子管时代’。”张辉说，如今量子计算机还很“笨”，比智能手机、手提笔记本的速率要慢得多。量子计算机也要经历一个发展过程。
“量子估算技术是颠覆性技术，关系到未来发展的基础估算能力”
张辉觉得，真正衡量量子估算能力，是用它来解决问题时量子物理学理论问题，与精典估算相比谁消耗的资源更少。
“目前量子计算机还没有找到比较合适的应用场景。”金奇奂觉得，真正意义的量子计算机，不能单单证明它能比精典计算机做得好，而是要作出更有价值的工作。假如只能处理某一个专门问题，量子计算机只是一个高效的“伐木工”，晓得怎样借助木头做灯具，才是真正有用的量子估算机。
科学家预测，未来10至15年，科学界有可能操纵100量子比特，因而真正实现“量子优势”。郭光灿说，精典信息技术时代，我国是跟踪者、模仿者，量子估算是我国成为未来信息技术推动者的机遇。“量子估算技术是颠覆性技术，关系到未来发展的基础估算能力。谁先把量子计算机搞下来，谁就抢占了量子信息时代的制高点。”
开发量子计算机门槛较高。创立2年来，本源量子估算公司仅在硬件上就投入数万元。但科研人员表示，量子估算如同一个洞穴，不晓得上面有没有“宝藏”，但一定要有勇气冲进去，瞧瞧上面哪些样。
5年前，中国科大学与阿里巴巴集团构建联合实验室，共同在量子信息科学领域举办前瞻性研究，这是国外较早在量子估算上的布局。近年，在量子估算领域，我国科研人员发表了不少有影响力的研究成果。在张辉看来，我国与国际上的“领头羊”的差别主要不在科研上，而在工程、工艺方面。量子计算机是一个整体，芯片之外，测控、软件、算法等同样应高度注重。“哪怕几根导线之间微弱的干扰，就会影响整体估算性能。”
量子计算机与精典计算机不是对抗关系，不会全面取代精典计算机。“玩笔记本游戏，我们永远用不着量子计算机。”张辉说，精典计算机发展至今，早已能处理日常中绝大部份任务量子物理学理论问题，未来二者应当会互相融合。
郭光灿觉得，把握量子计算机的关键核心技术急不得，须要下真工夫。只有经过深入细致钻研，经过技术沉淀，才有可能实现突破。尤其是要注重解决工程上的问题，才有可能捉住量子计算机的发展机遇。