2017年，當一組中國大陸科學家從墨子號量子科學實驗衛星發射糾纏光子(下圖 Science)，進行世界上第一次量子保密視頻通話時，專家們宣布大陸在量子通信領域處於領先地位。最新的研究表明，大陸將其在量子領域的領先擴展到了量子計算領域。 
2021年10月，國際學術期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters 下圖1、2 PHYSICAL REVIEW LETTERS) 同時發表了“祖衝之二號”和“九章二號”兩項科研成果，中國科技大學(中科大)物理學家報告了其在量子通信和量子計算方麵取得的關鍵進展。在其中一項研究中，科學家們在“九章二號”光子量子計算機上從76個探測到的光子改進到113個，這是對“量子優勢”的一次重大升級，由此導致對經典計算機的優勢從一百萬億倍增加到了一億億億倍。預計“九章”光量子計算機係列將繼續探索量子機器學習、量子化學等具有實際價值的問題上的應用。第二篇論文介紹了66比特可編程超導量子計算原型機“祖衝之二號”，實現了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解。“祖衝之”號是一種完全兼容量子糾錯的可拓展芯片架構，將繼續向量子糾錯和實現複雜量子算法邁進。 
“這是一個令人振奮的發展。我不知道他們在同一周出來的不是一個，而是兩個[量子計算結果]，”得克薩斯大學奧斯汀分校理論計算機科學家斯科特·阿倫森(Scott Aaronson)說。“那太瘋狂了。”這兩項成就都是世界領先的，但祖衝之的成就尤其引起了科學家們的關注，因為這是穀歌2019年裏程碑式成果的第一個佐證。領導了懸鈴木研發工作的前穀歌的研究員約翰·馬丁尼斯(John Martinis 下圖 Facebook)說：“我很高興有人複製了這個實驗，並證明它工作正常。” 
所謂的量子優勢或量子霸權是由馬丁尼斯(Martinis)領導的穀歌團隊於2019年首先實現的，該公司的懸鈴木(Sycamore)係統實現了以指數級速度執行特定的有限任務，其運算速度甚至比世界上強大的經典超級計算機還要快。一年後，中科大研究人員用光子製成的量子計算機進行了類似的實驗。現在，大陸同時有了兩台頂尖的量子計算機。中國大陸不但在迎頭趕上，似乎開始超越曾經在量子計算領域遙遙領先的美國。 量子領域的競賽 無疑，美國和中國大陸間的量子計算機競爭正在加劇。2017年，大陸發射墨子衛星後，美國作出回應，通過國家量子計劃向量子信息科學投入數億美元。2018年12月，前總統川普簽署《國家量子計劃法案》，將量子信息科學(QIS)上升至國家戰略層麵。2020年8月，川普政府又宣布為多學科人工智能和量子計算提供約10億美元的新資金以建設研究中心。今(2021)年3月3日，拜登政府公布了《國家安全戰略中期指導方針》(Interim National Security Strategic Guidance 下圖 OrientalReview)，強調“威權國家”大陸是唯一有潛在綜合實力挑戰國際體製的“主要競爭者”。美國“為了維持科學和技術方麵的優勢，必須進行再投資，再一次領先”，並指出量子計算機和人工智能(AI)將對經濟、軍事、就業和貧富差距問題廣泛產生影響，美國必須掌握主導權。美國政府現正擬定法案，如《創新與競爭法》(Innovation and Competition Act)，以保證為包括量子技術在內的通信研究提供15億美元。美國還在建立排除大陸的國際量子科技聯盟，分別於今(2021)年6月和7月(由IBM公司)在德國和日本推出用於商業應用的量子計算機。 
中國大陸也在大力扶持發展量子技術。2016年，大陸將量子計算在“十三五”計劃中規劃為具有戰略重要性的領域。2018年，大陸領導人肯定了量子信息的戰略地位，指出“以人工智能、量子信息、移動通信、物聯網、區塊鏈為代表的新一代信息技術加速突破應用”。2020年10月16日，19屆中共中央政治局第二十四次集體學習的主題(下圖 gov.cn)，就是量子科技研究和應用前景，同時從政策、資金、人才、科研、技術等方麵，大力推動量子科技發展。 
那麽，大陸在量子信息技術方麵領先於美國嗎？答案取決於你如何衡量它。大陸在包含量子通信在內的整個量子技術領域擁有更多的專利，但美國公司在量子計算專利方麵卻遙遙領先(下圖 NIKKEI)，並且已開發出實用量子計算機。 
今年5月，穀歌首席執行官桑德爾·皮查伊在公司開發人員會議上表示，2029年完成正在推進的量子計算機的開發計劃，研發出作為通用產品的量子計算機。IBM也計劃將量子位的數量從現在的65個到2023年增至1000個以上。6月份，霍尼韋爾(Honeywell)宣布研發出量子體積64的量子計算機，世界第一。目前IBM有28台量子計算機對外提供服務，25萬用戶注冊使用，主要用於科研計算，已經協助發表論文250篇。霍尼韋爾有6台離子阱量子計算機，通過微軟的Azure量子服務，為霍尼韋爾量子計算機提供雲接入服務。 中國大陸方麵，當然，大陸有一個包括通信和計算技術在內的更為複雜的量子網絡。科技巨頭阿裏巴巴(Alibaba)和百度(Baidu)皆聲稱正開發“全棧”(full stack)量子業務，通過雲來提供量子計算服務(將專文介紹)。2017年，源訊(Atos Quantum Lab)公司推出了Atos Quantum Learning Machine量子模擬器；2020年12月發布阿裏雲量子開發平台(Alibaba Cloud Quantum Development Platform，ACQDP)，開源自研量子計算模擬器“太章2.0”，加上大陸最新的兩台頂尖的量子計算機(下圖1、2 搜狐)。但根據筆者所能搜到的信息，大陸尚無能實際提供雲服務的量子計算機。 
著名量子物理學家、加拿大卡爾加裏大學教授巴裏·桑德斯(Barry Sanders)就“祖衝之二號”和“九章二號”於10月25日在《物理》(Physics)雜誌撰寫了一篇評述文章，稱中科大潘建偉團隊的最新成果體現了“ 量子優勢證明的顯著進展，…其結果使我們進一步相信我們確實已經達到了計算量子優勢的時代。”同時，他也注意到“目前還沒有令人信服的實驗證明”，我們可以使用這些量子采樣器來…解決一些有意義的問題。” 無論如何，作為目前世界上唯一在超導量子和光量子兩種物理體係達到“量子計算優勢”裏程碑的國家，大陸顯示了其科研實力，以及趕超科技強權美國的速度不容小覷。 參考資料 Bergan, B. (2021). China's New Quantum Computer Has 1 Million Times the Power of Google's. INTERESTING ENGINEERING. 鏈接 https://interestingengineering.com/chinas-new-quantum-computer-has-1-million-times-the-power-of-googles Garisto, D. (2021). China Is Pulling Ahead in Global Quantum Race, New Studies Suggest. SCIENTIFIC AMERICAN. 鏈接 https://www.scientificamerican.com/article/china-is-pulling-ahead-in-global-quantum-race-new-studies-suggest/ Gent, E. (2021). How Quantum Computers Can Be Used to Build Better Quantum Computers. SingularityHub. 鏈接 https://singularityhub.com/2021/10/04/how-quantum-computers-can-be-used-to-build-better-quantum-computers/ Sanders, B. (2021). Quantum Leap for Quantum Primacy. Physics. 鏈接 https://physics.aps.org/articles/v14/147 Smith, C. S. (2021). Competing Visions Underpin China’s Quantum Computer Race. IEEE Spectrum. 鏈接 https://spectrum.ieee.org/alibaba-baidu-quantum-computer-race Sparks, M. (2021). China beats Google to claim the world's most powerful quantum computer. NewScientist. 鏈接 https://www.newscientist.com/article/2282961-china-beats-google-to-claim-the-worlds-most-powerful-quantum-computer/ |
