身處數(shù)據(jù)的海洋之中，各國激烈競逐的不只是現(xiàn)在，更是未來。隨著特朗普政府公布對華加征關(guān)稅商品清單，中國遂予以反制，雙方可說是“互打直球”互不相讓。明面上，中美貿(mào)易戰(zhàn)如火如荼；實際上，兩國之間還有一場正在暗自較勁的“軍備”競賽：在量子計算機浪潮中，獲得更多自主創(chuàng)新專利。自2014年開始，中國在量子計算領(lǐng)域的專利與應(yīng)用數(shù)量就高于美國。到2017年，中國相關(guān)專利已有553項，而美國僅有307項。

01

“量子霸權(quán)”：量子計算機的重要之處

傳統(tǒng)計算機采用二進制數(shù)系統(tǒng)，每一個1或0代表著一個比特，它是數(shù)據(jù)儲存的最小單位。量子計算機則采用量子比特為單位。與比特相比，量子比特使用更少的能量就能儲存更多的信息。當比特只能實現(xiàn)對二進制數(shù)據(jù)0或1兩者其一的呈現(xiàn)時，量子比特利用量子物理學(xué)上的疊加 (superposition) 現(xiàn)象，可以實現(xiàn)對0和1兩種狀態(tài)的“同時”呈現(xiàn)。傳統(tǒng)二進制比特和疊加現(xiàn)象下的量子比特在兩個量子比特之間存在的量子糾纏（entanglement）現(xiàn)象，理論上可以實現(xiàn)極多線程的平行計算，甚至跨越空間限制的即時通訊。

加州理工量子理論學(xué)家John Preskill在2012年指出，當量子計算機發(fā)展到50量子位的時候，其計算能力將超過世界上任何計算機，能解決任何計算機解決不了的問題，實現(xiàn)了相對傳統(tǒng)計算機的“量子霸權(quán)”。如果“量子霸權(quán)”實現(xiàn)，人類計算能力將迎來飛躍。據(jù)《連線》雜志介紹，量子計算機與傳統(tǒng)計算機原理不同，非常適合解決特定的數(shù)學(xué)問題，比如找到數(shù)量龐大的質(zhì)數(shù)。而質(zhì)數(shù)在密碼學(xué)中十分重要，這就使得量子計算機能夠迅速破解現(xiàn)有的在線信息安全系統(tǒng)，“量子黑客”由此誕生。但另一方面，基于量子技術(shù)的加密系統(tǒng)也因此更為有效安全。

此外，研究者們對量子計算機建模模擬復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)這一操作的前景也十分看好。量子計算商業(yè)化方面，根據(jù)市場研究公司Research and Markets的數(shù)據(jù)，2016年，量子計算機市場規(guī)模約為8840萬美元。美國市場分析企業(yè)“通信業(yè)研究員”認為，量子計算機市場未來將迎來巨大商機，其市場規(guī)模在2023年將達19億美元，且2027年有望升至80億美元。

02

中國量子計算表現(xiàn)十分亮眼

盡管中國官方在量子計算領(lǐng)域的具體投入金額尚不明確，但據(jù)澎湃新聞報道，安徽省合肥市正在籌建量子信息國家實驗室，總投資約70億元。在此之前，中國在量子計算領(lǐng)域表現(xiàn)就十分亮眼。

2017年5月3日，世界首臺光量子計算機在中國誕生。研究團隊將超導(dǎo)量子比特的操縱提升到十個，實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)量子處理器上實現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。值得注意的是，該光量子計算機由中科大、中國科學(xué)院-阿里巴巴量子計算實驗室、浙江大學(xué)、中科院物理所等協(xié)同完成參與研發(fā)。由此可見，中國科技公司業(yè)已在量子計算領(lǐng)域大力布局。除了阿里之外，BAT其他兩大巨頭也正力爭搶占跑道。

騰訊搭建了公司級量子實驗室，并正在嘗試將一些技術(shù)，比如量子通信，連接到騰訊云的一些業(yè)務(wù)和產(chǎn)品里；而百度宣布在五年時間里組建世界一流的量子計算研究所，并將把量子計算逐漸融入到業(yè)務(wù)中。另外，在量子通信領(lǐng)域，中國已然是全球的佼佼者。

星地量子密鑰分發(fā)實驗，圖片來源：中科院

中國“量子之父”潘建偉曾帶領(lǐng)團隊在國際上第一次成功實現(xiàn)了“千公里級”的星地雙向量子通信。去年9月29日，世界首條量子保密通信“京滬干線”正式開通，世界首次洲際量子通信成功實現(xiàn)。在超導(dǎo)量子計算和超冷原子模擬方面，潘建偉團隊希望通過5年努力走到國際最前列。

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美國量子計算實力要看私企

2016年5月，IBM開發(fā)基于云的量子計算平臺“Quantum Experience”，允許用戶試用IBM量子處理器并在上面運行算法、操縱每一個量子比特、開發(fā)教學(xué)及模擬試驗來了解量子計算的“無限可能”。

IBM 50量子比特原型機

2017年夏天，IBM升級了應(yīng)用程序背后的處理器；2017年底，該公司又宣布推出全球首款50量子比特的量子計算原型機。此外，IBM還計劃建立業(yè)界首個商用通用量子計算平臺IBM Q，還與摩根大通等公司合作計劃在2021年前推出首個在金融領(lǐng)域的量子計算應(yīng)用。

彭博社援引IBM人工智能研究副總裁達里奧·吉爾（Dario Gil）表示：隨著時間推移，計算機領(lǐng)域的量子計算會變得日漸重要，它將重新定義計算機的類別，量子計算機就是計算領(lǐng)域的未來。除了IBM之外，谷歌、微軟、英特爾等科技界大佬也早就紛紛入局。

2017年4月，數(shù)位谷歌高級研究員發(fā)布名為《Characterising Quantum Supremacy in Near-Term Devices（描繪近期設(shè)備中的量子霸權(quán)）》的論文，指出了量子計算機相對于傳統(tǒng)計算機有何優(yōu)越之處。2018年3月，由谷歌聯(lián)合美國航天局等成立的美國量子人工智能實驗室在洛杉磯舉行的美國物理學(xué)會年會上發(fā)布了72個量子比特的量子處理器。這款被命名為“狐尾松”處理器被廣泛認為能在計算領(lǐng)域“大鬧天宮”。

而微軟投入量子計算研究已超過12年，其研究人員認為，與其他量子系統(tǒng)相比，拓撲量子計算系統(tǒng)能用更少的量子位執(zhí)行比常規(guī)計算機大幾個數(shù)量級的運算。2018的1月8日，英特爾在CES展會上宣布，向研究合作伙伴交付全新研制的49量子位測試芯片“Tangle Lake”。

英特爾將量子計算測試芯片的量子位從7、17提高到49與此同時，美國政府在量子計算機領(lǐng)域的投入?yún)s被部分研究者認為遠遠不足。彭博社援引美國政府于2016年7月的一份報告顯示，由政府出資的量子研究資金約在每年2億美元左右。

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IBM、谷歌已實現(xiàn)量子霸權(quán)了嗎？也許有人會說，如果50個量子比特就可以量子制霸，那么，谷歌的72量子處理器豈不是早已實現(xiàn)量子霸權(quán)了嗎？答案是否定的，事實上，目前的量子計算機處于非常原始的階段，只能做一些特定應(yīng)用。

見聞君查得的資料顯示，量子比特分為物理比特和邏輯比特，目前全球沒有任何一家機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)一位邏輯比特的編碼，而實現(xiàn)不了編碼就不可能實現(xiàn)通用量子計算。編碼形成邏輯比特的意義，就在于能夠形成類似經(jīng)典計算機0和1的概念。由于噪聲的客觀存在，以及物理比特的穩(wěn)定性存在一定瑕疵，對數(shù)個物理比特進行處理后，才能得到1個邏輯比特。那么，到底要多少個物理比特才能通過編碼形成一個邏輯比特呢？

哈佛大學(xué)的量子物理學(xué)家阿蘭·阿斯普魯古茲克預(yù)計在現(xiàn)在的技術(shù)水平下大約需要上萬個實際量子比特才能做出一個邏輯比特。德國柏林自由大學(xué)的學(xué)者埃斯特認為現(xiàn)在大約800個物理比特就能夠構(gòu)建一個邏輯比特。

按這個數(shù)量來看，英特爾、IBM、谷歌做出的49、50、72個物理比特顯然是不夠用的，還做不出邏輯比特，離“量子霸權(quán)”還有相當距離。