产业化提速 量子计算“可望又可及”

文／本刊记者 陈杰

“随着数字化、网络化、智能化深入发展，计算能力已经成为核心竞争力。量子计算将为提升后摩尔时代计算能力提供一种全新的解决方案。”8月25日，中国科学院院士、中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主任潘建伟在2022量子开发者大会上说，量子计算距离实用化和产业化还有较长的路要走，这一过程需要政产学研用各方面的积极参与和密切配合。

近年来，量子信息技术的相关研究呈加速发展的趋势，包括我国在内，全球超过40多个国家制定了量子规划，量子科技前沿的竞争热度在不断升温。

技术研究方兴未艾

量子信息技术主要包括量子计算、量子通讯与量子精密测量，核心是量子计算。

量子计算是按照既定的算法和程序对量子态进行操控的过程。与经典计算机不同，量子计算的算力比特的数目不是线性增加，而是指数增加，每增加一个量子比特，算力就会增加1倍。可以预见，量子计算的这种指数加速作用一旦实现，必将带来信息处理的革命性变革。

“量子计算的想法始于解决物理和化学中出现的量子问题需要，但是量子计算不仅能解决科学研究中的问题，也能解决所有与信息处理相关的工程、技术与应用问题。”中国科学院院士向涛介绍说，从人工智能、破译密码、生物制药、化学合成、物流及交通控制、天气预报、数据搜索、材料基因到金融安全与问题，但凡需要数据处理和计算的地方，都是量子计算可以发挥作用的地方，量子信息技术的触角将会深入到信息处理的每一个角落。

近年来，我国企业对量子计算的关注和投入也在不断增加，如百度、阿里巴巴、腾讯、华为等头部企业都布局了相关研发，对我国量子计算的发展形成了巨大推动。

此次量子开发者大会上，百度量子计算研究所发布其首台“产业级”超导量子计算机——乾始，以及全平台量子软硬一体化解决方案——量羲。

“随着关键技术的持续突破，量子计算技术将走出实验室，应用于人工智能，材料科学、生物计算等科技领域及相关产业，促进融合创新，加快经济社会高质量发展。”百度首席技术官王海峰表示，“乾始”和“量羲”的发布，标志着量子应用、量子软件、量子硬件的全流程已经被打通，可以为用户提供企业级量子即服务，让量子算力触手可及。

生态建设是产业化落地的基础

“量子计算产业化是发挥量子价值的重要方式。”王海峰说，将量子硬件转化为量子服务是充满挑战的工作，其中涉及大量的科学和工程创新，需要软硬件各方面的人才与技术协同配合。

从被各界寄予厚望的量子计算机来看，其产业化就是一个复杂而系统的工程。

中国科学院院士薛其坤介绍说，实用化量子计算机从研发进程分为研制、验证和应用三个阶段。研制即“从0到1”，这个阶段适合在高校和科研单位完成；验证即“从1到10”，需要发现问题、解决问题、验证稳定性，为应用做准备，这个过程适合在新型研发机构或者专门的研究院来完成；应用则是“从10到100”，是走向市场化的关键过程，这个阶段的主体是企业。

量子计算机的研发，需要不同单位、不同学科的交叉融合。当前，量子科技的发展正逐步面向产业化的关键时期，需要一个良好的量子发展生态来维持、保障和促进量子计算产学研深度融合和协同创新，从而提高基础研究向实用化和工程化转化的速度和效率。

薛其坤认为，从某种意义上讲，量子计算机的竞争归根到底是发展生态的竞争。量子生态的长远发展起关键作用的是量子科技工作者和量子开发者。“只有加强两者在多学科的交叉融合和多技术领域的集成创新，打造良好的量子生态，形成体系化能力，才能提高量子科技的硬实力和竞争力。”

潘建伟则强调，目前国内在量子信息技术上出现了一些炒作概念、蜂拥而上的状况，尤其对量子计算的应用进行了某些超出实际、不切实际的宣传，对公众和投资者造成了一定的误导。“从长远来讲，这些会对量子计算整个领域的健康发展带来不利影响。因此无论是学术界还是产业界，都有责任本着实事求是、厚积薄发的态度，共同为新兴技术营造一个可持续的发展环境。”

未来20年是产业发展关键期

“在量子计算、量子通信方面，国内的量子产业已经有了很好的发展。”中国科学院院士陆汝钤认为，但需要注意的是，这并不是我国量子产业的全部，量子计算未来要真正承担起国家的重大计算任务，真正在涉及国计民生的重大计算问题上体现出量子优越性。

在目前阶段，实验室能够制备的量子比特的寿命或者相关时间还非常短。向涛坦言，北京量子信息科学研究院去年把单个超导量子比特对相关时间提高到了5.03微秒，这是世界目前最高水平，但是也远未达到要实现量子计算指数加速的要求。

学术界把量子计算分为三个发展阶段：第一阶段的目标是实现量子计算优越性，即量子计算机对特定问题的计算能力超越超级计算机；第二阶段的目标是实现专用的量子模拟机，可以应用于组合优化量子化学、机器学习等特定问题，来指导材料设计、药物开发等；第三阶段是在实现量子纠错的基础上，构建可编程通用量子计算机。

潘建伟说，对于第一阶段目标，中国、美国和加拿大等国家已先后实现；第二阶段目标按照目前的技术发展，估计还需要5到10年，这是当前学术界主要的研究任务；至于第三阶段的目标，由于技术上的难度，何时实现通用量子计算机尚未明确，学术界一般认为还需要15年至20年，甚至更长时间。

量子计算未来的发展趋势将呈现规模化、容错化和集成化的趋势。向涛展望说：“到2040年左右，产业应该能实现对多个逻辑量子比特和普适量子计算机逻辑门的相关操控，并且在这个基础上制备出‘朴实’的量子计算机。到那时，量子信息技术及应用将全面进入高速发展阶段，也将成为人类征服自然的一个新的里程碑。”