5月8日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)公布，該校潘建偉院士團(tuán)隊(duì)近期成功研制了目前國(guó)際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)量.多的量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，操縱的超導(dǎo)量子比特達(dá)到62個(gè)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走。日前，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了該研究成果。

五個(gè)月前，潘建偉院士團(tuán)隊(duì)宣布成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，讓中國(guó)成為第二個(gè)擁有量子計(jì)算機(jī)的國(guó)家，打破了谷歌的量子霸權(quán)。這次研制成功的“祖沖之號(hào)”與上次“九章”量子計(jì)算機(jī)之間有什么區(qū)別？“祖沖之號(hào)”與其他IT巨頭正在研發(fā)的量子計(jì)算機(jī)相比有何突破？“祖沖之號(hào)”未來(lái)的應(yīng)用空間在哪里？未來(lái)的量子計(jì)算會(huì)如何發(fā)展？

關(guān)于“祖沖之號(hào)”與“九章”的區(qū)別，量子領(lǐng)域的有關(guān)..接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“前者是‘電學(xué)路線(xiàn)’量子計(jì)算機(jī)后者為‘光學(xué)路線(xiàn)’量子計(jì)算機(jī)，電學(xué)路線(xiàn)意味著有更好的產(chǎn)業(yè)化前景。目前包括IBM、英特爾、谷歌等全球IT巨頭都在采用了電學(xué)路線(xiàn)，這意味著中國(guó)的量子計(jì)算能夠與全球IT巨頭在同一技術(shù)路線(xiàn)上展開(kāi)較量?！?

或許有人會(huì)問(wèn)上一次的“九章”是實(shí)現(xiàn)了76個(gè)光量子，這次的“祖沖之號(hào)”的量子比特?cái)?shù)是62個(gè)，為什么比上次的數(shù)量要少了呢？這究竟如何來(lái)看這兩種技術(shù)路線(xiàn)的各自特點(diǎn)？..表示，“光學(xué)路線(xiàn)”的優(yōu)勢(shì)是能夠創(chuàng)造更多光量子，但其量子的可操控性要弱于“電學(xué)路線(xiàn)”，“電學(xué)路線(xiàn)”雖然量子數(shù)目實(shí)現(xiàn)的要少，但是其操控性、有效性等更強(qiáng)，而且電學(xué)路線(xiàn)可以將目前電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的大量制備進(jìn)行復(fù)用，更容易產(chǎn)業(yè)化。

從量子計(jì)算能力或者說(shuō)競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)上看，“量子比特?cái)?shù)量”只是其中的一個(gè)維度，目前業(yè)界通常采用“量子體積”來(lái)衡量量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)度，量子體積是IBM在2018年提出的一個(gè)測(cè)量量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大程度的專(zhuān)用性能指標(biāo)，其影響因素包括量子比特?cái)?shù)、門(mén)和測(cè)量誤差、設(shè)備交叉通信、以及設(shè)備連接和電路編譯效率等。

關(guān)于量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)目前全球有多條技術(shù)路線(xiàn)，超導(dǎo)量子計(jì)算屬于“固態(tài)電學(xué)器件路線(xiàn)”是其中.有希望的候選者之一，也是.具產(chǎn)業(yè)化的量子計(jì)算路線(xiàn)，其核心研究目標(biāo)是增加“可操縱”的量子比特?cái)?shù)量，并提升操縱的精度，.終應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題。

中科大潘建偉、朱曉波、彭承志等人長(zhǎng)期研究超導(dǎo)量子計(jì)算，先后實(shí)現(xiàn)了保真度達(dá)70％的12比特超導(dǎo)量子芯片、24個(gè)比特的高性能超導(dǎo)量子處理器等國(guó)際前沿成果。近期，他們?cè)谧灾餮兄贫S結(jié)構(gòu)超導(dǎo)量子比特芯片的基礎(chǔ)上，成功構(gòu)建了目前國(guó)際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)目.多、包含62個(gè)比特的可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”。

研究團(tuán)隊(duì)在二維結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)量子比特芯片上，觀察了單粒子及雙粒子激發(fā)情形下的量子行走現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)研究了二維平面上量子信息傳播速度，同時(shí)通過(guò)調(diào)制量子比特連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方式構(gòu)建馬赫—曾德?tīng)柛缮鎯x，實(shí)現(xiàn)了可編程的雙粒子量子行走。

據(jù)悉，該成果為在超導(dǎo)量子系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性，以及后續(xù)研究具有重大實(shí)用價(jià)值的量子計(jì)算奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。此外，基于“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)的二維可編程量子行走，在量子搜索算法、通用量子計(jì)算等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用，也將是后續(xù)重要的發(fā)展方向。

所以總結(jié)來(lái)看，這次潘建偉院士的“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算機(jī)突破有幾個(gè)關(guān)鍵詞，其一是“超導(dǎo)電學(xué)量子計(jì)算路線(xiàn)”，其二是在超導(dǎo)量子計(jì)算上實(shí)現(xiàn)了.多的“量子比特”，“祖沖之號(hào)” 可操縱的超導(dǎo)量子比特多達(dá)62 個(gè)，此前谷歌實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性” 的懸鈴木具備53 個(gè)量子比特，這意味著在目前的公開(kāi)報(bào)道中，“祖沖之號(hào)” 是世界上.大量子比特?cái)?shù)的超導(dǎo)量子體系。其三是“二維可編程量子行走”。究竟什么是“二維可編程行走”？中國(guó)科學(xué)院科學(xué)傳播研究中心副主任袁嵐峰表示，“量子隨機(jī)行走”是一個(gè)計(jì)算模型，一種算法，用這樣一個(gè)模型，它可以實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算，就是說(shuō)量子計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)的任何功能，就或者說(shuō)是任何的計(jì)算任務(wù)都可以通過(guò)這樣一種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前合肥匯聚了包括潘建偉院士團(tuán)體以及量子本源中國(guó)的量子研發(fā)團(tuán)隊(duì)與企業(yè)，是中國(guó)量子計(jì)算研究的重要區(qū)域，剛剛從合肥參觀了量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，來(lái)到廣州參加2021世界超高清視頻產(chǎn)業(yè)大會(huì)的中央戲劇學(xué)院教授宋震表示，一旦量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)突破，將給我們生活與技術(shù)帶來(lái)巨大的“代次”變革，我們將從“二維”跨入“四維”時(shí)代，混合智能空間藝術(shù)的跨時(shí)空傳輸就成為現(xiàn)實(shí)，那時(shí)候我們將不再需要鍵盤(pán)、電腦，可能不需要手機(jī)，甚至?xí)霈F(xiàn)虛擬陪伴，自己和喜歡的明星，用混合空間智能藝術(shù)和他對(duì)話(huà)。

美國(guó)工程院院士沈向洋曾經(jīng)在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)坦言，或許我們今天還不知道量子計(jì)算的主流應(yīng)用是什么，就像我們幾十年前我們無(wú)法料想計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)這個(gè)世界帶來(lái)的改變一樣，量子計(jì)算發(fā)展會(huì)突破我們想象力的邊界。

量子計(jì)算研發(fā)仍處于發(fā)展的早期，如同馬拉松剛剛跑出一公里，中國(guó)的科學(xué)家正與全球的科學(xué)家一起努力往前奔跑。