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　　◆ 誰先奪取“量子霸權(quán)”，誰就掌握了技術(shù)制高點、標準制定權(quán)和輿論主導(dǎo)權(quán)，在產(chǎn)業(yè)競爭中占據(jù)有利地位

　　◆“誰先開發(fā)出量子計算機，沒有的國家，就有可能經(jīng)歷一場國家安全噩夢”

　　◆ 以企業(yè)和科研機構(gòu)為先導(dǎo)，世界主要科技國家均已“參戰(zhàn)”

　　◆ 與量子通信的全面領(lǐng)先相比，中國的量子計算雖整體處于“第一陣營”，但只有個別方向“領(lǐng)跑”、大多處于“跟跑”

　　因為量子，國際IT巨頭近期集體“躁動”了。繼去年底IBM搶先發(fā)布“50比特量子計算機樣機”、英特爾于今年初發(fā)布“49比特量子芯片”后，仍在研制的谷歌和微軟的“新量子武器”，日前已迫不及待“放風(fēng)卡位”，稱幾周內(nèi)將公布“里程碑式”重大成果。

　　這是一場關(guān)乎未來的信息生產(chǎn)力之戰(zhàn)。IT巨頭們急于搶占的是第一制高點：量子霸權(quán)。在量子理論誕生118年之后，“第二次量子革命”的競爭進入關(guān)鍵階段。目前，以企業(yè)和科研機構(gòu)為先導(dǎo)，世界主要科技國家均已“參戰(zhàn)”。

　　量子理論發(fā)軔于1900年，當時的中國只能做看客；在20世紀下半葉“第一次量子革命”催生、興起至今的信息科技浪潮中，中國成為“后發(fā)快跑”的追趕者；在第二次量子革命的臨界點、加速段、窗口期，“中國量子軍團”能否成為破門者、引領(lǐng)者、勝利者？

　　新世界顛覆舊秩序的轉(zhuǎn)折點

　　相比傳統(tǒng)計算機，量子計算機是一種原理上的顛覆式超越。

　　上世紀80年代，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼等人提出構(gòu)想，基于兩個奇特的量子特性——量子疊加和量子糾纏構(gòu)建“量子計算”。

　　傳統(tǒng)計算機通過控制晶體管的高低電平，決定一個比特是“1”還是“0”，組成數(shù)據(jù)序列串行處理。

　　而疊加性讓一個量子比特可以同時具備“1”和“0”兩種狀態(tài)，糾纏性可以讓多個比特共享狀態(tài)，創(chuàng)造出“超級疊加”的量子并行計算，計算能力隨比特數(shù)增加呈指數(shù)級增長。

　　理論上講，量子計算機可以將傳統(tǒng)計算機數(shù)萬年才能處理的復(fù)雜問題，幾秒鐘就解決。擁有300個量子比特，就能支持比宇宙中所有粒子數(shù)量更多的并行計算。

　　而量子霸權(quán)，正是新世界顛覆舊秩序的標志性轉(zhuǎn)折點。這個“靶點”2011年由美國物理學(xué)家提出，意指當量子計算機發(fā)展到50個比特時，計算能力將超越全球最快的傳統(tǒng)計算機，實現(xiàn)“稱霸”。

　　誰先奪取“量子霸權(quán)”，誰就掌握了技術(shù)制高點、標準制定權(quán)和輿論主導(dǎo)權(quán)，在產(chǎn)業(yè)競爭中占據(jù)有利地位。

　　這就是IBM、英特爾等企業(yè)急于推出50和49量子比特成果，并引起國際高度關(guān)注的原因。

　　“霸權(quán)”競爭日趨激烈

　　宣布重大突破的IBM和英特爾，是否已經(jīng)實現(xiàn)或逼近量子霸權(quán)？答案是并沒有。

　　數(shù)量夠了，質(zhì)量不夠。多位業(yè)內(nèi)專家介紹，量子霸權(quán)所指的50個比特，數(shù)量是一方面，更要看量子糾纏操縱精度、相干特性、邏輯門保真度等指標，這才是主要難點。

　　“實現(xiàn)量子霸權(quán)至少有兩個關(guān)鍵技術(shù)：比特數(shù)和糾錯容錯能力，不能保持脆弱的量子相干性，無法實現(xiàn)真正意義上的量子計算。”中科院院士、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦介紹說，近年來量子比特數(shù)研究進展較快，但糾錯容錯能力進展緩慢。

　　美國得州大學(xué)奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森表示，量子數(shù)量遠不是唯一的關(guān)鍵因素，加拿大D-Wave公司的產(chǎn)品已實現(xiàn)了2000個量子比特，但這些量子位似乎沒有足夠長的相干時間，以至于該產(chǎn)品并沒有明顯勝過傳統(tǒng)計算機。

　　“樣機”和“測試芯片”未獲認可。2017年度菲涅爾獎獲得者、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽認為，IBM發(fā)布的是“樣機”，沒有公布有價值的測試結(jié)果，并不被學(xué)界認可。只有經(jīng)過嚴格的同行評議并在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表測試結(jié)果，才具權(quán)威性。

　　國家“超級973”固態(tài)量子芯片項目首席科學(xué)家郭國平認為，英特爾發(fā)布的是測試芯片，測試結(jié)果還未可知。從英特爾的技術(shù)方案來看，實現(xiàn)量子霸權(quán)還有很長的路要走。

　　“稱霸門檻”已經(jīng)提高。量子霸權(quán)的指標定為50個比特，是因為當時認為模擬49量子比特是傳統(tǒng)計算機的極限。但去年10月，在美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的傳統(tǒng)計算機上，成功模擬了56比特的量子計算機。

　　《瞭望》新聞周刊記者獲悉，近期中國的一個量子研究組再次刷新紀錄，可模擬超過60個比特的量子計算。這意味著，量子霸權(quán)的“門檻”已提高到60個以上，未來還可能提高。

　　受訪學(xué)者們認為，幾大IT巨頭密集發(fā)布量子計算進展，很大程度上是出于商業(yè)目的，爭奪行業(yè)話語權(quán)和公眾眼球。但從側(cè)面也表明，量子計算加速發(fā)展，國際競爭日趨激烈。

　　多國投入“戰(zhàn)局”

　　盡管還未實現(xiàn)量子稱霸，但主流觀點認為，量子霸權(quán)時代必然會到來，這是一場誰都輸不起的競爭。

　　在信息時代，量子計算技術(shù)一旦突破，掌握這種能力的國家，會在經(jīng)濟、軍事、科研、安全等領(lǐng)域迅速建立全方位優(yōu)勢。

　　“如果說傳統(tǒng)計算機是機關(guān)槍，量子計算機就像核武器。”中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉說。

　　美國馬里蘭大學(xué)教授克里斯托弗·門羅表示，“誰先開發(fā)出量子計算機，沒有的國家，就有可能經(jīng)歷一場國家安全噩夢?！?/p>

　　近年來，多個國家投入巨資啟動量子計算研發(fā)。

　　去年10月，美國國會舉辦聽證會，討論如何確?！懊绹诹孔蛹夹g(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位”。IBM投入30億美元研發(fā)量子計算等下一代芯片，微軟公司與多所大學(xué)共建量子實驗室。

　　歐盟從2018年開始，投入10億歐元實施“量子旗艦”計劃。英國在牛津大學(xué)等高校建立量子研究中心，投入約2.5億美元培養(yǎng)人才。荷蘭向代爾夫特理工大學(xué)投資1.4億美元研究量子計算。

　　日本計劃10年內(nèi)在量子計算領(lǐng)域投資3.6億美元。加拿大已投入2.1億美元資助滑鐵盧大學(xué)的量子研究。澳大利亞政府、銀行等出資8300萬澳元在新南威爾士大學(xué)成立量子計算公司。

　　各國攻關(guān)量子計算機的戰(zhàn)略已經(jīng)明確，但實現(xiàn)路徑并不相同。目前在超導(dǎo)、半導(dǎo)體、光量子、超冷原子等多條技術(shù)路線上推進。

　　“將來哪條路線能實現(xiàn)通用量子計算機，鹿死誰手還未可知。”郭光燦說。

　　量子算法是另一個不確定因素。要發(fā)揮量子計算機性能，必須針對不同問題設(shè)計算法，目前國際上已在因數(shù)分解和無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫搜索兩個方面取得進展。

　　“依靠因數(shù)分解能力，將來可以破解廣泛應(yīng)用的加密算法RSA，那么無論是信用卡、支付寶，還是正在興起的區(qū)塊鏈技術(shù)，都將被極大地動搖?！敝锌拼蟾毖芯繂T、科技與戰(zhàn)略風(fēng)云學(xué)會會長袁嵐峰表示，算法的演進將深刻影響量子計算“戰(zhàn)局”。

　　中國的機遇與挑戰(zhàn)

　　憑借著潘建偉、郭光燦等領(lǐng)軍科學(xué)家及團隊的一系列重大突破，如今的中國已站在世界量子信息科研的舞臺中央。近兩年來，中國發(fā)射了世界首顆量子通信科學(xué)實驗衛(wèi)星，首次實現(xiàn)千公里量子糾纏，成功研發(fā)全球首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機。

　　據(jù)英國政府的統(tǒng)計報告顯示，中國量子科研論文發(fā)表量排名全球第一、專利應(yīng)用排名第二。在“第二次量子革命”的起步階段，中國異軍突起，躍入國際“第一陣營”。

　　但與量子通信的全面領(lǐng)先相比，中國的量子計算雖整體處于“第一陣營”，但只有個別方向“領(lǐng)跑”、大多處于“跟跑”。

　　據(jù)了解，在量子計算多條技術(shù)路線上，中國在光量子方向領(lǐng)先，在半導(dǎo)體、超冷原子方向稍落后，在超導(dǎo)方向明顯落后。如IBM、英特爾公布實現(xiàn)50個、49個超導(dǎo)量子比特，中國已公布的最高為10個。

　　多位學(xué)者認為，面對群雄并起、充滿變數(shù)的復(fù)雜局面，中國的挑戰(zhàn)與機遇并存，應(yīng)保持戰(zhàn)略定力與科技自信，發(fā)揮制度優(yōu)勢。

　　“如果說實現(xiàn)通用量子計算機像一場馬拉松，現(xiàn)在才跑了幾公里。你前面領(lǐng)先，我后面有機會?！惫鶉降热苏J為，關(guān)鍵的技術(shù)競爭還在后面。

　　潘建偉介紹說，他十幾年前回國啟動量子通信研究的時候，不斷有人質(zhì)疑：“這個東西這么難，中國能做成嗎？”“發(fā)達國家還沒做，中國先做有風(fēng)險嗎？”

　　“這是一種‘科技不自信’，不太相信我們能做一些超越的事?！迸私▊フf，得益于國家支持和“集中力量辦大事”的體制優(yōu)勢，中國量子通信走到了世界最前列，他對量子計算同樣充滿信心。

　　決勝未來，中國需組建“集團軍”

　　在中國《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，作為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，量子計算機已被列入科技創(chuàng)新2030重大項目。

　　業(yè)界普遍認為，未來5到10年是量子計算研究的窗口期和爆發(fā)期，決勝關(guān)鍵在于資源布局與協(xié)同。

　　目前國際上研制量子計算機主要有兩種組織模式，一種是“公司驅(qū)動、市場導(dǎo)向”，一種是“科研驅(qū)動、目標導(dǎo)向”。

　　第一種模式的代表有IBM、谷歌、英特爾等，公司與耶魯大學(xué)、加州大學(xué)等科研機構(gòu)合作，以市場需求為導(dǎo)向推動成果商業(yè)化，帶動量子軟硬件技術(shù)發(fā)展。

　　第二種模式包括中國等國家，以科研機構(gòu)為主導(dǎo)，瞄準通用量子計算機的科研目標，對外尋求與企業(yè)合作推進產(chǎn)業(yè)化。

　　受訪學(xué)者認為，這兩種模式各有利弊，但在量子計算機研究進入實用化、產(chǎn)業(yè)化的臨界點，中國應(yīng)該統(tǒng)籌科研力量、深化產(chǎn)業(yè)協(xié)同。

　　近期國內(nèi)出現(xiàn)“量子熱”，多個地方布局量子研究，“招兵買馬”建實驗室。學(xué)者們認為，重視量子科研是好事，但如果大家都上馬，客觀上會分散資金和力量，造成重復(fù)建設(shè)。

　　“量子科研做到現(xiàn)在，已經(jīng)不是一個學(xué)者或一個團隊層面的競爭，而是成了國家綜合實力的競爭?！迸私▊フf。

　　“20年前，我曾經(jīng)有些冒失地給錢學(xué)森先生寫信，希望他能像研制‘兩彈一星’一樣，牽頭組織攻關(guān)量子計算機?！惫鉅N回憶，錢老回信說，他已經(jīng)坐在輪椅上不能出來工作，但很支持這個想法。

　　郭光燦建議，中國籌劃建設(shè)的量子信息國家實驗室應(yīng)盡快落地，發(fā)揮體制優(yōu)勢，協(xié)調(diào)各方力量全國“一盤棋”，“大家協(xié)同創(chuàng)新，在各自環(huán)節(jié)上做到最好，而不是每個團隊單打獨斗?！?/p>

　　產(chǎn)業(yè)化方面，目前中國有阿里巴巴、中船重工等公司與中科大量子科研團隊開始合作，安徽省政府設(shè)立了100億元的量子產(chǎn)業(yè)投資基金。但無論是規(guī)模還是深度，與IBM、谷歌等組建的“量子產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟”都有較大差距。

　　“要打贏量子霸權(quán)爭奪戰(zhàn)，不能做‘游擊隊’，一定要組織‘集團軍’?！惫鉅N說，量子計算機產(chǎn)業(yè)涉及硬件、軟件、標準、工程技術(shù)、用戶習(xí)慣等方方面面，需要政府支持、科研機構(gòu)、企業(yè)合作乃至社會大眾的關(guān)注。只有凝聚優(yōu)勢力量，創(chuàng)新運行機制，中國才能主導(dǎo)“戰(zhàn)局”，避免重走傳統(tǒng)計算機產(chǎn)業(yè)被動、跟隨的老路。（記者 徐海濤 刊于《瞭望》2018年第7-8期）

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責(zé)任編輯： 陳俊松