客觀評(píng)價(jià)中國(guó)的量子計(jì)算原型機(jī)

之前提到了，這兩臺(tái)量子計(jì)算原型機(jī)只是分別用于線性方程組求解和玻色取樣的專用機(jī)，而且性能相對(duì)于現(xiàn)在非常成熟的經(jīng)典計(jì)算機(jī)而言也比較一般。但也不必妄自菲薄，畢竟量子計(jì)算機(jī)相對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)巨大。

量子計(jì)算就是利用了量子疊加和量子糾纏的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了高超的并行計(jì)算能力。擁有N個(gè)量子態(tài)的量子計(jì)算機(jī)一次操作等于是一次演化相當(dāng)于完成了2的N次方個(gè)數(shù)據(jù)的并行處理，這就使量子計(jì)算機(jī)相對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)處于優(yōu)勢(shì)。特別是在超并行計(jì)算能力方面，量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)格外突出。

世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的單光子量子計(jì)算機(jī)

正如初生的嬰兒雖然比較弱小，但由于量子計(jì)算機(jī)有相對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)更大的發(fā)展?jié)摿?，因而不能用現(xiàn)在兩臺(tái)原型機(jī)在通用性和性能方面存在的瑕疵而一棍子打死。

另外，我們也不能妄自尊大。不能因兩臺(tái)量子計(jì)算原型機(jī)的成功而忽視國(guó)外的技術(shù)進(jìn)步。

比如在2012年，R. J. Schoelkopf在超導(dǎo)線路中實(shí)現(xiàn)三比特的量子糾錯(cuò)編碼。在2015年John M. Martinis在超導(dǎo)線路中實(shí)現(xiàn)了九比特的量子操控。本次中國(guó)自主研發(fā)的10量子比特低溫超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)，正是打破了John M. Martinis在2015年的成績(jī)。從宏觀上看，中美兩國(guó)在量子計(jì)算機(jī)研發(fā)中有可能會(huì)表現(xiàn)出交替領(lǐng)先的情況。

除了低溫超導(dǎo)系統(tǒng)以外，目前還有量子點(diǎn)系統(tǒng)、離子阱、拓?fù)淞孔佑?jì)算等研究方向。不過(guò)，由于低溫超導(dǎo)系統(tǒng)和量子點(diǎn)系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性，更適合工業(yè)化生產(chǎn)，因而把這兩個(gè)方向作為主攻方向的研究者更多一些。把低溫超導(dǎo)系統(tǒng)和量子點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)比，低溫超導(dǎo)系統(tǒng)的研究者又比量子點(diǎn)系統(tǒng)的研究者更多一些。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波正在展示超導(dǎo)量子比特處理器的芯片

量子點(diǎn)系統(tǒng)的一大方向就是半導(dǎo)體量子點(diǎn)，比如Intel就非常熱衷于研究硅基半導(dǎo)體量子芯片，其中原因就在于Intel想借助自己在硅基芯片領(lǐng)域一些成熟的技術(shù)。國(guó)外新南威爾士大學(xué)也有實(shí)現(xiàn)2個(gè)量子比特的硅基半導(dǎo)體量子芯片的新聞。

在半導(dǎo)體量子點(diǎn)方面，中國(guó)在2010年左右制備單個(gè)量子點(diǎn)，在2011年實(shí)現(xiàn)雙量子點(diǎn)，在2012—2013年實(shí)現(xiàn)兩個(gè)量子點(diǎn)編碼的單量子比特，在2014—2015實(shí)現(xiàn)四量子點(diǎn)編碼的兩個(gè)量子比特，在2016年已經(jīng)做到六個(gè)量子點(diǎn)編碼為三個(gè)量子比特，并實(shí)現(xiàn)了三個(gè)比特量子門操作。在中國(guó)接連取得進(jìn)步的同時(shí)，國(guó)外目前還停留在四個(gè)量子點(diǎn)編碼的兩個(gè)比特，在該領(lǐng)域中國(guó)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

不過(guò)，要實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，不僅要有足夠多的物理比特，再通過(guò)做冗余處理形成邏輯比特，還要有足夠高的邏輯門精度，單比特邏輯門和雙比特邏輯門精度要能滿足量子計(jì)算的門檻。當(dāng)邏輯比特?cái)?shù)量超過(guò)30，而且有足夠高的邏輯門精度，才能制造出可以媲美或者超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)計(jì)算性能的量子計(jì)算機(jī)。

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