中国互联网先驱百度最近推出了自己的超导量子计算机

中国互联网先驱百度最近推出了自己的超导量子计算机，此前，一些美国公司也取得了类似进展。
在力争加入美国行列、成为量子计算领导者方面，中国正在取得新的重大进展。这种前景光明但难以掌握的技术有朝一日可能极大地推动科学研究，并使从金融和制药到物流和绿色能源等一系列数据密集型产业发生翻天覆地的变化。

百度发布超导量子计算机“乾始”

以搜索引擎闻名的中国互联网先驱百度(Baidu Inc, 9888.HK)在8月底发布了超导量子计算机“乾始”——意为“天为万物之本”。这种实验性设备利用量子物理学的原理，以远超传统电子计算机的速度进行计算。

此前，International Business Machines Corp. (IBM, 简称IBM)、Alphabet Inc. (GOOG)旗下谷歌(Google)等一些美国公司近年来也取得了类似进展。人们普遍认为美国是全球量子计算研究的领导者。

学生可以通过网站和移动应用程序免费访问“乾始”

百度表示，研究人员、工程师甚至学生可以通过网站和移动应用程序免费访问“乾始”。这台计算机由金属板和导线组合而成，看起来有点像一个超大的吊灯。包括IBM和谷歌在内的一些美国公司也提供可访问其量子计算机的网站。

新加坡国立大学(National University of Singapore)量子技术中心(Centre for Quantum Technologies)的助理教授Yvonne Gao在谈到“乾始”时表示，它将作为人们更多了解这一技术的基地，绝对有助于促进这方面的创新。

量子计算机几秒钟内能解决超级计算机百万年才能算出的问题

量子计算设备最终是否会从实验室走向广泛的商业应用，这在科学界仍是争论不休的话题。但数学证明表明，完全实现的量子计算机将能在几秒钟内解决某些甚至连最快的超级计算机也要花费数千年或数百万年才能算出的问题。

量子计算机的非凡速度源于所使用的基本信息单位是量子比特，而非传统计算机所用的“非0即1”的比特，即所谓的二进制数位。

众所周知，比特只能以0或1的单一状态存在。但是量子比特可同时以0和1的状态存在，这种现象被称为叠加，从而使得量子比特在处理某些计算方面具有极高的效率，例如用来模拟物理世界或优化业务流程所需的计算。量子比特通过亚原子和电子、光子和离子等原子粒子来编码。

量子比特的特别之处还包括它们具有进入量子纠缠的能力，量子纠缠状态下的两个粒子在一定距离内会映射彼此的行为，就像它们之间存在联系。这种特性可以被用来进行协作运算。就在本周三，三位验证了这一现象存在的物理学家获得了诺贝尔物理学奖。

事实已证明，弄清如何控制这些特性是一项巨大挑战。将量子比特编程为正确状态需要一种允许与之互动的设置。但要让量子比特在足够长的时间里保持这些状态以开展计算，就需要方向相反的操作：把量子比特与其他可能使它们失去编码信息的粒子完全隔离。

耶鲁大学(Yale University)物理学教授Steven Girvin说，这就是伟大的工程悖论。

如果研究人员取得成功，量子计算机有望让电池制造商得以预测复杂的化学反应，进而设计出更高性能的设备。同样，量子计算机可能帮助制药企业模拟蛋白质折叠，从而加速新药的开发。蛋白质折叠是这些生物大分子形成其形状的复杂过程。

量子计算机或许还有能力打败用于保障全球通信安全的标准加密形式——这是金融机构以及渴望保守情报和军事机密的政府非常担心的问题。

量子物理学家说，正是这种令人担忧的可能性以及对被别人超越的恐惧，在全球范围内激发了政府对这种技术的巨大兴趣和投资。

美国、德国、法国和印度等多个国家均承诺在未来几年内投入逾10亿美元国家资金研究量子技术。中国政府没有公布计划投资的具体金额，但据中国媒体报道以及一些美国政策研究组织的数据，中国在同一时期的投资承诺介于10亿美元至150多亿美元之间。这些美国政策研究组织包括总部位于加利福尼亚州圣莫尼卡的智库兰德公司(Rand Corp.)和麦肯锡公司(McKinsey & Co., Inc.)。

中国主导量子通信的相关领域

与美国相比，中国是量子计算领域的后来者。中国先寻求主导一个被称为量子通信的相关领域，该领域旨在开发一种几乎不可能被破解的加密方法。有中国科技政策专家说，最初对该领域的关注可能是为了回应美国政府承包商的前雇员斯诺登(Edward Snowden)在2013年披露的信息，即美国已深度入侵中国主干网络。

图片来源：MISHA FRIEDMAN/GETTY IMAGES2019年10月，位于纽约州约克敦高地的IBM研究设施中的一台量子计算机。
自从在构建一个防黑客互联网方面取得长足进展以来，中国政府明显将注意力转移到了量子计算上，中国科学家的研究项目和技术突破与日俱增。这些工作已融入到越来越多的商业努力中。百度量子计算研究所所长段润尧表示，百度依靠中国高校的创新来建造其计算机。

根据兰德公司2022年对科学论文的一项分析，美国在该领域仍处于领先地位。美国政府已在试图减缓中国的进展。去年，美国商务部禁止向涉嫌支持中国打造量子军事应用的八家中国公司和实验室出口高科技设备。对先进制程硅基芯片制造设备的更广泛出口管制也影响了量子计算机，量子计算机有时使用依赖相同制造技术的硅基芯片。

与此同时，美国学者表示，中国学生在美国进行量子研究也更难以获得签证。得克萨斯大学(University of Texas)奥斯汀分校量子信息中心(Quantum Information Center)主任Scott Aaronson说：“中国学生或博士后到美国时不能说自己在研究量子计算，这已成为常识。”

美国国务院未回应有关签证发放政策的问题，但表示，它认为国际学生和研究人员的流动是一个优先事项。美国国务院一位发言人称：“我们欢迎来自世界各国的学生和学者，包括中华人民共和国。”

在北京举行的“乾始”发布会上，深圳量子科学与工程研究院(Institute for Quantum Science and Engineering)院长俞大鹏感叹说，中国量子科技的持续发展面临着美国设置的障碍和内部的挑战。俞大鹏称，从事量子领域工作的人很多，但很少有人真正有自己独特的创新想法或具有竞争力的技术。

兰德公司和其他一些机构的专家表示，中国取得的进展令全球量子计算研究受益，并补充说，更多的限制将减缓科学进步的步伐。兰德公司的上述分析显示，所有发表的量子研究论文中有一半来自国际合作，美国科学家与中国科学家共同发表的量子论文比与任何其他国家合著的量子论文都多。

量子计算机仍有大量的研究工作要做

在量子计算机发挥全部潜力之前，仍有大量的研究工作要做。研究人员估计，建造一台强大到足以击败现有数据加密协议的量子计算机将需要数以百万计的量子比特。他们表示，要达到这一里程碑可能需要十年或更长时间。目前的行业领军企业IBM已经打造了一台有127量子比特的量子计算机。百度称，“乾始”有10量子比特，该公司计划明年发布36量子比特的计算机。

世界各地的科学家正在寻找建造更复杂量子计算机的方法，包括尝试用不同的粒子作为量子比特，并使用不同的方法来控制它们。目前最流行的量子计算机设计依赖于一种将计算机芯片冷却到超低温的装置，使电子进入量子态。IBM、谷歌、Rigetti正在开发的都是这种设计，现在再加上百度。

企业也在寻求临时的商业应用，如改善金融资产管理或航运路线协调，这可能只需要数百或数千量子比特即可，量子物理学家更有信心在几年内实现。