量子計算可謂是目前最令人興奮（和被炒作）的研究領域之一。8月25日，百度公司在北京釋出搭載10個量子比特超導量子晶片的第一款低溫超導量子計算機“乾始”，并據此形成全球首個全平台量子軟硬一體化解決方案“量羲”。
“科技創新隻有真正應用于産業，在實踐中驗證其價值，才有長久的生命力。”百度CTO王海峰在大會緻辭中談及“量子計算技術将走出實驗室”時表示，“我們相信，量子計算産業化是發揮量子價值的重要方式。”
1、最具潛力的“破局者”
1981年，諾貝爾實體學獎得主理查德·費曼提出了兩個富有洞察力的問題：經典計算機是否能有效模拟量子系統？舍棄經典的圖靈機模型而利用具有奇特性質的量子材料，能否構模組化拟量子系統的計算機？
這是人類首次提出量子計算機概念，量子計算機的時代帷幕也由此拉開。
作為重要的前沿科技之一，量子計算被認為是延續接近實體極限的摩爾定律繼續發展的重要路徑。量子計算的特别之處在于，其計算能力随着能夠支援的量子比特數的增長呈幂指數2n增長。
傳統計算機借助0或1的位(Bit)來處理資訊，而量子計算機是一種基于量子力學原理建構的計算機，使用的量子比特（Qubit）利用量子态疊加原理能夠同時表示0和1，使得量子計算機相較經典計算機算力發生爆發式增長，形成“量子優越性”。
“量子優越性（Quantum Supremacy）”也翻譯為“量子霸權”，通俗來講，如果量子計算原型機，在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機，就證明量子計算在未來有多方超越的可能。量子比特（Qubit）是量子計算機處理的資訊的機關，量子比特的數量是衡量技術進步的重要名額。
理論上，擁有50個量子比特的量子計算機性能就能超過目前世界上最先進的超級計算機，擁有300個量子比特的量子計算機就能支援比宇宙中原子數量更多的并行計算，量子計算機能夠将某些經典計算機需要數萬年來處理的複雜問題的運作時間縮短至幾秒鐘。
這意味着不論是在人工智能、資訊安全、加密通信領域，還是在基礎科研、化工能源、太空探索等領域，量子計算将給世界帶來颠覆性改變。
2019年10月，谷歌宣布實作量子優越性。谷歌使用53位量子比特計算機Sycamore運作随機電路取樣，僅用20s時間即完成了結果，而谷歌推算如果使用超級計算機Summit需耗時1萬年。
毫無疑問，量子計算能給人類帶來的回報是巨大的，并有望在新藥開發、破解密碼、以及搜尋等人工智能應用上最先得到商用。
以人工智能為例，量子計算具有并行計算等優勢，人工智能需要涉及大量資料，兩者具有天然耦合性。德國大衆、摩根大通等企業均已開始和量子計算公司合作進行有關的開發。
而在新藥開發領域，量子計算相較經典計算的優勢是能夠直接模拟分子中量子化的原子，進而克服經典計算模拟大分子效率較低的問題，提高藥物研發效率。
據波士頓咨詢集團（BCG）預測，到2040年前後，量子計算機将最多創造8500億美元的價值。
近年來，美國、歐盟、英國、日本等主要國家和地區高度重視量子科技發展，通過出台政策檔案、成立研究機構、支援量子科技研究等方式加大對量子科技的規劃布局和支援力度。
2、競争态勢愈演愈烈
量子科技是新一輪科技革命和産業變革的必争領域之一，集結了D-Wave、谷歌、IBM、英特爾、英偉達、霍尼韋爾、中科院、中科大、本源量子等一批國内外企業、科研團隊，競争态勢愈演愈烈。
目前，學界将量子計算的發展分為三個階段：
第一階段的目标是實作量子計算優越性。即量子計算機對特定問題的計算能力超越超級計算機，這一目标已經有美國、中國和加拿大先後達到。
第二階段的目标是實作專用的量子模拟機，可以應用于組合優化量子化學、機器學習等特定問題，來指導材料設計、藥物開發等。達到這一階段，按照目前的估計還需要5到10年，是目前學術界主要的研究任務。
第三階段是在實作量子糾錯的基礎上，建構可程式設計通用量子計算機。由于技術上的難度，何時實作通用量子計算機尚未明确。
制約量子技術成熟的因素包括量子比特數、相幹時間和合适的算法。其中，量子比特數和相幹時間是決定量子計算機性能的兩個硬體名額。量子比特數越高意味着量子計算機能夠支援更大數字參與運算，單次運算處理的資訊量越大。相幹時間代表了量子比特維持量子疊加态的時間，相幹時間越長意味着能夠對其進行更為複雜的運算，支援更複雜的算法。量子算法則決定了量子計算機解決問題的範圍。
根據量子比特的制備方式不同，建造量子計算機的主流技術路徑有超導量子、光量子、離子阱、半導體量子點量子以及量子拓撲等。其中，超導和離子阱路線相對領先。
2019年初，IBM首先實作了基于超導系統的50位量子計算機“IBM-Q”。谷歌也是超導系統的追捧者，迅速超越IBM，于2019年9月釋出53量子比特的“懸鈴木”。2021年，大陸可程式設計超導量子計算機“祖沖之号”問世，量子比特達到62個。
2021年10月，在美國紐約證券交易所上市的美國IonQ的首席執行官（CEO）彼得·查普曼(Peter Chapman)這樣表示。該公司開發出了利用離子（帶電的原子）制造量子比特、被稱為“離子阱(Ion trap)”的方式，正在迅速追趕領跑的巨人。
普遍認為，量子計算機的理想狀态是通用量子計算機。這樣的量子計算機将被用來解決任何可解的問題，在很多領域會得到廣泛應用。然而，目前量子比特數還遠遠不夠，糾錯容錯技術也不夠完善，大大限制了計算能力。
值得關注的是，量子計算的到來将給現代網絡安全帶來巨大沖擊，自20世紀90年代以來，非對稱加密方式RSA是用于網絡資料傳輸、身份認證、線上支付等網際網路應用的主要加密方式。傳統計算機需要花費上萬年才能破解RSA加密密鑰，在理論上保障了資訊傳遞的安全性。而量子計算強大的并行計算能力僅需幾分鐘便可完成密碼的破譯，網絡安全、隐私安全乃至國家安全正面臨前所未有的量子挑戰。
3、中國“三傻”震驚全球
目前，世界各國都在集中力量和科研資源，尋找适合自己的量子計算機實作途徑。
在大陸，量子科技産業已經成為國家戰略，量子計算作為産業内的重點應用之一，在科研團隊與企業的不斷努力下，有望加速突破。
2020年12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功建構76個光子的量子計算原型機“九章”，求解數學算法高斯玻色取樣隻需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使大陸成為全球第二個實作“量子優越性”的國家。
實驗顯示，當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時，“九章”需200秒，而目前世界最快的超級計算機“富嶽”需6億年。等效來看，“九章”的計算速度比谷歌的“懸鈴木”快100億倍，并彌補了“懸鈴木”依賴樣本數量的技術漏洞。
除了光量子計算機，在超導量子計算機上，大陸科學家也有了很好的成果。2021年5月8日，中國科學技術大學公布，該校潘建偉院士團隊近期成功研制了目前國際上超導量子比特數量最多的量子計算原型機“祖沖之号”，操縱的超導量子比特達到62個，并在此基礎上實作了可程式設計的二維量子行走。國際權威學術期刊《科學》發表了該研究成果。
2021年10月，“祖沖之号”和“九章”的2.0更新版——“祖沖之二号”“九章二号”均成功建構。“祖沖之二号”建構了66比特可程式設計超導量子計算原型機，完成自我超越。“祖沖之二号”對特定任務處理速度比目前最快的超級計算機快一千萬倍，所完成任務的難度比谷歌“懸鈴木”高2-3個數量級。
“九章二号”則再次重新整理國際光量子操縱的技術水準，成功建構了113個光子、144模式的量子計算原型機，處理特定問題比目前全球最快的超級計算機快10的24次方倍。
本次百度自主研發的超導量子計算機“乾始”，其目标是建造超能量的量子計算機，利用“量義”平台打通整個鍊條，真正實作整體的落地應用。
關于量子計算研發路線圖，據披露，2023年，百度量子晶片将達到超過100個量子比特，實作高潛量子應用；2025年，百度量子晶片将達到超過1000個量子比特，實作實際的量子優勢；2028年，百度量子晶片将達到超過10000量子比特，實作規模化商用及容錯量子計算。
毋庸置疑，建造通用大規模量子計算機并非一日之功，需要全世界科學家們默默無聞、堅持不懈地辛苦耕耘，而大量人力财力支援也必不可少。
未來，量子計算機或許會成為人類進入量子世界的門戶，但是我們現在看到的量子世界還很難厘清是“明月光”還是“地上霜”。
資料來源：
https://mp.weixin.qq.com/s/iMtkgUljpNGAK_9QOwYkzg
https://mp.weixin.qq.com/s/zrqUQpDo-wb2sTK5tfMbKA
https://mp.weixin.qq.com/s/RH5monWuR0kyfykSZJn2KA
https://mp.weixin.qq.com/s/ChUWYAdCkny1XEEMiiaC4Q
https://mp.weixin.qq.com/s/BzpHlBJI8HRixSXSX_QMzg