（图源：新华社）

日本媒体称，全新数字社会的大门正在被打开。美国谷歌10月23日宣布，通过正在开发中的量子计算机实现了“量子霸权”。这可以说是计算机科学的巨大里程碑。这种超越人工智能（AI）的技术创新，未来或许会给我们带来无法想象的冲击。

据《日本经济新闻》网站10月25日报道，谷歌近日发布消息称，此次实现53个“量子比特”，证实了量子霸权。

报道称，3年半之前，使用深度学习的AI在围棋比赛中击败了世界最强专业围棋选手，令全世界震惊。之后，AI迅速进化和普及，不仅改变了产业和金融行业，还改变了教育、就业和政治的应有状态。

如果说AI是软件的革命，那么此次的“量子霸权”应该是硬件的革命。

若想要通过AI掌握社会上充斥着的大数据、“预测”未来，那么目前的计算能力跟不上需求。数据中心的巨大化以及随之而来的能源消耗量的爆炸式增长就是具体表现。

量子计算机拥有超强计算能力，甚至令现有的计算机被称为“传统计算机”。如果量子计算机得以实现，与AI协作所产生的破坏性创新的威力将十分惊人。

报道介绍，当然量子计算机并不是马上就能投入实用，谷歌的“实现量子霸权”解开的还只是无用的课题。计算机行业的盟主、与谷歌竞争开发量子计算机的IBM批评谷歌发布的论文过度夸大。

量子比特的状态会在瞬间崩坏，也容易发生错误。如何才能使其保持稳定并不断修正错误？要实现量子计算机，还需要解决很多必须突破的技术课题。即使进展顺利，估计也需要花上20年至30年的时间。

而且，计算对象也存在合适与否的问题，量子计算机并不是在所有用途中都会超过超算。报道认为，尽管如此，谷歌的成果在控制不可思议的量子世界、为此前不清楚能否真正实现的量子计算机铺平技术道路方面，仍然意义重大。

报道表示，与最近几年的AI技术竞争一样，今后中美两国无疑会加快量子计算机的技术开发步伐。美国制定了国家战略，除了谷歌和IBM之外，新创企业等也在推进相关研发。中国方面，一些企业被认为正积极致力于这方面的研究。而与落后一大截的AI竞争相比，日本在量子研究方面也拥有可以大显身手的技术基础。

【延伸阅读】金参考｜全球量子计算竞争白热化，中国仍需冷静——

最近，有日本媒体报道称，该国科学家已开始量子计算的实用化尝试，运用量子计算机提升无人车的运行效率，计算最优的交通路线。这一现象再度引发外界对于量子计算机实用化的关注。

事实上，自2016年以来，量子计算就逐步从理论概念变为技术现实。各国也将该技术视为潜在颠覆性技术，不允许本国在这场竞争中居于人后。然而，在对该技术有很高预期的同时，中国同样需要对该技术所存在的现实局限性有充分认识。

真正的考验尚未到来

量子计算的原理早在上世纪80年代即已提出。彼时，以半导体芯片为代表的晶体管计算机正飞速发展，按照摩尔定律不断实现性能倍增。与之相比，量子计算对材料、环境、系统设计上有更高的要求，在40年前距离实践还十分遥远。

2016年以来，全球出现了新一轮量子计算热潮。这股热潮的出现与两个因素有关。

第一，晶体管计算机似乎越来越接近理论上的极限。由于当今最先进的芯片技术已开始运用纳米级的制造工艺，其继续提升性能的空间已非常有限，摩尔定律正在面临失效的风险。与之相对，量子计算并没有理论上的设计极限，可能达到传统计算机百倍甚至万倍的效率。第二，全球开始新一轮科技竞争，算力较量成为各国竞争的焦点。近年来，随着人工智能、大数据、物联网、5G等新一代信息技术的广泛应用，算力的重要性被提升到了一个全新的高度。

在两者的共同促进下，西方多国及中国纷纷启动了量子计算的国家科研计划。诸多互联网巨头也纷纷在该领域投入巨资，希望率先实现量子计算的实用化。

总体来看，美国在该领域较为领先，拥有较强的技术积淀，但中国追赶的步伐也很快。日本推出量子计算机则表明，如今，其他国家距离中美也不远，甚至可能在一些应用领域率先取得突破。这种竞争态势恰恰表明量子计算本身仍处于一个起步和雏形阶段，各国、各企业的差距并不大，该技术还未经历真正的考验。

中国需先充分打好技术基础

在这一背景下，中国应采取更为平衡、灵活的方式应对量子计算上的竞争，既充分打好技术基础，积累相关人才储备，又要避免一哄而上，过分高估该技术的战略意义。

虽然量子计算尚未成熟，但当前仍然是该技术发展的重要基础期。从晶体管技术的发展进程看，一项革命性的运算技术从雏形设计到最终使用常经历数十年的曲折发展期，但第一批“尝螃蟹”的人也必然能够得到回报。

运算技术是信息科技王冠上的宝石，需要多种相关学科研究作为支撑，包括数学、工程学、材料学、物理学等等。量子计算的概念即源于现代物理的量子理论，未来的量子计算机需要运行在一个高度稳定的环境之上，量子芯片很可能需要运用超导材料才能够制造。而量子计算的编程设计也会与传统计算机完全不同，需要全新的设计理念和操作程序作为支撑。如果一国不能在相关基础科学领域做好积淀，即便在某项领域取得技术突破，也很难将其应用于实际生活中。

外界普遍估算，量子计算要到20至30年后才可能商业化，当前各国尚无法解决该技术在材料运用和运行环境上的要求，甚至还看不出思路和方向。即便该技术成熟，受限于制程、编码上的限制，该技术的应用范围也很可能较为局限，短期内无法成为通用性的运算技术。在发展这一尖端技术时，我国需要充分考虑上述问题，把握好在该领域科研投入的力度。（文/李峥 中国现代国际关系研究院美国研究所）

（以上言论系作者个人观点，不代表本网立场）

 

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【延伸阅读】美媒：科学家发现新物质状态可使量子计算加速

 美媒称，纽约大学的物理学家声称自己发现了一种新的物质状态，这种状态能提高电子设备的存储容量，并为第一代量子计算机铺平道路。

据合众国际社8月15日报道，纽约大学物理学助理教授贾瓦德·沙巴尼在新闻稿中称：“我们的研究成功找到了证明存在一种新物质状态——拓扑超导——的实验证据。对这种新的拓扑态进行操控可加快量子计算的速度和提高存储容量。”

传统计算机信息量的基本单位是比特，它只能取0或1中的一个值，而量子计算机信息量的基本单位是量子比特，它的特别之处就在于可同时是0和1，即量子叠加。

纽约大学的研究人员分析了量子态从传统状态转变为新的拓扑态的过程，这种新状态具有新的量子特性和新的量子行为。具体而言，科学家测量了区分两个拓扑相的能障。一个系统需要一定的能量输入才能重新组织起来并具备新的量子特性。

相关论文发表在阿奇夫论文预印本网站上，该论文帮助科学家了解了一种新的拓扑超导——一种新物质状态——是如何产生的。

研究人员尤其对观测马约拉纳费米子感兴趣。物理学家们认为，每个粒子都有自己的反粒子，它们质量相同，但电荷相反。马约拉纳费米子却是个例外，其反粒子就是自身。一些科学家提出，可以利用马约拉纳费米子储存量子信息。

令人遗憾的是，量子物理学家一直未找到天然包含马约拉纳费米子的物质。不过，科学家最近测量的拓扑超导态可用于容纳马约拉纳费米子，令量子信息与环境噪音隔绝。

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【延伸阅读】硅量子计算取得重大进展 英媒：将带来更强大计算能力

7月22日报道 英媒称，著名量子物理学家米歇尔·西蒙斯教授率领的一个澳大利亚研究团队宣布在量子计算领域取得了重大突破，研究人员希望这将在10年内带来更强大的计算能力。

据英国《卫报》网站7月18日报道，西蒙斯和她在新南威尔士大学的团队18日在英国《自然》周刊上发表论文宣布，他们首次在硅原子量子比特之间实现了双量子比特门，从而使其通信速度达到了0.8纳秒，是现有速度的200倍。

在实验中，量子比特由硅中的单磷原子构成。在标准计算中，一个比特可以存在于“1”或“0”两种状态中的一种。而对于量子比特，它可以是“1”或“0”，或者兼具二者——这被称为叠加状态。

由于能够同时以两种状态存在，量子比特解决问题的速度大大快于比特。这就意味着现有计算机的运算速度可以快得多，即复杂的问题可以更快地得到解决。

报道称，在传统计算中，双量子比特门就像逻辑门那样运转，而新南威尔士大学的研究小组通过让两个原子量子比特实现突破性的靠近——距离仅有13纳米——同时实时可控地观察和测量其自旋态，从而使其更快运转。

报道称，在计算出两个量子比特之间的最佳距离后，研究人员利用扫描隧道显微镜将原子放置在硅中。

自从澳大利亚的研究人员选择用硅材料建造量子计算机后，这项研究已经进行了20年。

西蒙斯说，试图用硅材料建造量子计算机是“相当大胆的举动”，但现在已经开始有所收获。

这项研究的进展仍不及谷歌和IBM，这两家公司分别制造了72量子比特和50量子比特的处理器。

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【延伸阅读】量子计算机可让“时间倒流”

科学家用量子计算机实现了“时间倒流”。这项突破性研究看似违背了物理学基本定律，它或许将改变我们对宇宙进程的理解。

据英国《独立报》网站3月13日报道，这一进展也标志着我们对量子计算机的认识取得了重大进展，研究人员利用电子和神奇的量子力学，在实验中实现了时间倒流，这就如同让一桌被打乱的台球重新回到三角框里。

所有人都能从这台量子计算机上目睹这一现象，仿佛时间出现逆转。

莫斯科理工学院的研究人员预计，这项技术将继续改进，随着时间的推移会变得更加可靠和精确。瑞士和美国的研究人员也参与了这项工作。

这项研究的主持者、莫斯科理工学院量子信息物理学实验室负责人戈尔杰·列索维克博士说：“我们人为创造了一种状态，让它朝着与热力学时间箭头相反的方向发展。”

研究论文已发表在英国《科学报告》杂志上。科学家们在文章中所描述的“时间机器”，是一台由电子“量子比特”组成的初级量子计算机。

量子比特是一个信息单位，可用“1”、“0”或“1”和“0”的叠加状态来描述。

在实验中，科学家启动了一个“进化程序”，它会引起量子比特向越来越复杂的“0”和“1”叠加模式变化。

在这一过程中，秩序被打乱，就像台球被球杆击中，四下散开一样。但接下来的另一个程序对量子计算机的状态进行了修改，使其从混乱重新变回有序。这意味着量子比特的状态回到了原来的起点。

大多数物理学定律对于未来和过去是双向适用的。例如，如果你看到一段视频，视频中一个台球撞向另一个台球，然后你把这段视频倒放，那么，它所显示的物理学过程同样讲得通，从物理学的角度来看，运动方向没有对错之分。

但宇宙中的确有一条定律只能以一个方向存在，那就是热力学第二定律，它描述的是从有序状态到无序状态的进展。

例如，如果你看到一段视频，有人把排成正三角形的一组台球打散了，那么，把这段视频倒放着看，显然会让人觉得不合理。

这项新的实验就像是给了台球桌一个经过完美计算的推力，让台球滚回到一个有序的金字塔状态。

科学家们发现，仅用两个量子比特实现“时间倒流”的成功率为85%；而使用三个量子比特则会出现较多错误，成功率只有50%。

参与实验的研究人员说，随着研究设备日益先进，错误率有望下降。

科学家们指出，这一实验对量子计算机的发展具有应用价值。

列索维克说：“我们可以用它来更新算法，测试为量子计算机编写的程序，以及消除噪音和错误。”

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【延伸阅读】美媒：中国量子计算世界领先 美国正在迎头追赶

美媒称，中国大力押注量子计算，美国现在正在迎头追赶。

据美国有线新闻电视网14日报道，美国刚刚在争夺全球计算霸主地位的斗争中向前迈出了一步。

报道称，美国众议院13日一致通过一项法案，以帮助它在量子计算能力方面赶上中国。量子计算机的速度有望比今天使用的传统计算机快几个量级。

在这项法案通过前不久，由五角大楼前官员组建的智库新美国安全中心在一份新报告中警告说，中国对量子技术的重视可能有助于其超越美国军方。

传统计算机以二进制数字存储数据，就像电灯开关处在“开”或“关”的状态。量子计算以量子比特存储数据，而量子比特可以同时处于多个状态。

报道称，这就为更强大的计算机创造了新的可能性。量子计算的倡导者们兴奋地谈论种种新的选择，比如更安全的通信和癌症治疗的改进。

英特尔公司量子硬件负责人吉姆·克拉克今年早些时候说：“量子可能是未来100年的计算技术。这有点像太空竞赛，一代人时间里出现一次。”

英特尔、谷歌和国际商用机器公司（IBM）等美国企业正在研发量子技术。但从全球来看，中国在精力和投资方面都非常突出。

代表美国量子技术制造商进行游说的量子产业联盟创始人保罗·施蒂默斯说：“他们有一颗量子卫星，其他国家没有；他们有一个通讯网络，其他国家没有；他们有一个人力开发计划，可以培养出中国新的量子工程师。你开始说，这令人担忧。”

新美国安全中心研究人员警告说，由于量子技术，美国的隐形技术——美国军方的一项长期优势——可能变得过时。对中国进行监视也会变得很困难，保护美国的敏感信息会更加困难。

该中心的报告作者之一埃尔萨·卡尼亚说，美国面临受到另一个国家拥有的技术的危险，这是近代史上第一次。

报道称，中国已经发射了一颗量子卫星，但相比倡导者预期量子技术有朝一日所能达到的超级威力，它的能力还极为有限。

文章来源：参考消息网

责任编辑：杨颖

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