◆ 誰先奪取“量子霸權”，誰就掌握了技術制高點、標準制定權和輿論主導權，在產業競爭中占據有利地位

　　◆“誰先開發出量子計算機，沒有的國家，就有可能經歷一場國家安全噩夢”

　　◆ 以企業和科研機構為先導，世界主要科技國家均已“參戰”

　　◆ 與量子通信的全面領先相比，中國的量子計算雖整體處于“第一陣營”，但只有個別方向“領跑”、大多處于“跟跑”

　　因為量子，國際IT巨頭近期集體“躁動”了。繼去年底IBM搶先發布“50比特量子計算機樣機”、英特爾于今年初發布“49比特量子芯片”后，仍在研制的谷歌和微軟的“新量子武器”，日前已迫不及待“放風卡位”，稱幾周內將公布“里程碑式”重大成果。

　　這是一場關乎未來的信息生產力之戰。IT巨頭們急于搶占的是第一制高點：量子霸權。在量子理論誕生118年之后，“第二次量子革命”的競爭進入關鍵階段。目前，以企業和科研機構為先導，世界主要科技國家均已“參戰”。

　　量子理論發軔于1900年，當時的中國只能做看客；在20世紀下半葉“第一次量子革命”催生、興起至今的信息科技浪潮中，中國成為“后發快跑”的追趕者；在第二次量子革命的臨界點、加速段、窗口期，“中國量子軍團”能否成為破門者、引領者、勝利者？

　　新世界顛覆舊秩序的轉折點

　　相比傳統計算機，量子計算機是一種原理上的顛覆式超越。

　　上世紀80年代，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼等人提出構想，基于兩個奇特的量子特性——量子疊加和量子糾纏構建“量子計算”。

　　傳統計算機通過控制晶體管的高低電平，決定一個比特是“1”還是“0”，組成數據序列串行處理。

　　而疊加性讓一個量子比特可以同時具備“1”和“0”兩種狀態，糾纏性可以讓多個比特共享狀態，創造出“超級疊加”的量子并行計算，計算能力隨比特數增加呈指數級增長。

　　理論上講，量子計算機可以將傳統計算機數萬年才能處理的復雜問題，幾秒鐘就解決。擁有300個量子比特，就能支持比宇宙中所有粒子數量更多的并行計算。

　　而量子霸權，正是新世界顛覆舊秩序的標志性轉折點。這個“靶點”2011年由美國物理學家提出，意指當量子計算機發展到50個比特時，計算能力將超越全球最快的傳統計算機，實現“稱霸”。

　　誰先奪取“量子霸權”，誰就掌握了技術制高點、標準制定權和輿論主導權，在產業競爭中占據有利地位。

　　這就是IBM、英特爾等企業急于推出50和49量子比特成果，并引起國際高度關注的原因。

　　“霸權”競爭日趨激烈

　　宣布重大突破的IBM和英特爾，是否已經實現或逼近量子霸權？答案是并沒有。

　　數量夠了，質量不夠。多位業內專家介紹，量子霸權所指的50個比特，數量是一方面，更要看量子糾纏操縱精度、相干特性、邏輯門保真度等指標，這才是主要難點。

　　“實現量子霸權至少有兩個關鍵技術：比特數和糾錯容錯能力，不能保持脆弱的量子相干性，無法實現真正意義上的量子計算。”中科院院士、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦介紹說，近年來量子比特數研究進展較快，但糾錯容錯能力進展緩慢。

　　美國得州大學奧斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿倫森表示，量子數量遠不是唯一的關鍵因素，加拿大D-Wave公司的產品已實現了2000個量子比特，但這些量子位似乎沒有足夠長的相干時間，以至于該產品并沒有明顯勝過傳統計算機。

　　“樣機”和“測試芯片”未獲認可。2017年度菲涅爾獎獲得者、中國科學技術大學教授陸朝陽認為，IBM發布的是“樣機”，沒有公布有價值的測試結果，并不被學界認可。只有經過嚴格的同行評議并在國際學術期刊上發表測試結果，才具權威性。

　　國家“超級973”固態量子芯片項目首席科學家郭國平認為，英特爾發布的是測試芯片，測試結果還未可知。從英特爾的技術方案來看，實現量子霸權還有很長的路要走。

　　“稱霸門檻”已經提高。量子霸權的指標定為50個比特，是因為當時認為模擬49量子比特是傳統計算機的極限。但去年10月，在美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的傳統計算機上，成功模擬了56比特的量子計算機。

　　《瞭望》新聞周刊記者獲悉，近期中國的一個量子研究組再次刷新紀錄，可模擬超過60個比特的量子計算。這意味著，量子霸權的“門檻”已提高到60個以上，未來還可能提高。

　　受訪學者們認為，幾大IT巨頭密集發布量子計算進展，很大程度上是出于商業目的，爭奪行業話語權和公眾眼球。但從側面也表明，量子計算加速發展，國際競爭日趨激烈。

　　多國投入“戰局”

　　盡管還未實現量子稱霸，但主流觀點認為，量子霸權時代必然會到來，這是一場誰都輸不起的競爭。

　　在信息時代，量子計算技術一旦突破，掌握這種能力的國家，會在經濟、軍事、科研、安全等領域迅速建立全方位優勢。

　　“如果說傳統計算機是機關槍，量子計算機就像核武器。”中科院院士、中國科學技術大學常務副校長潘建偉說。

　　美國馬里蘭大學教授克里斯托弗·門羅表示，“誰先開發出量子計算機，沒有的國家，就有可能經歷一場國家安全噩夢。”

　　近年來，多個國家投入巨資啟動量子計算研發。

　　去年10月，美國國會舉辦聽證會，討論如何確保“美國在量子技術領域的領先地位”。IBM投入30億美元研發量子計算等下一代芯片，微軟公司與多所大學共建量子實驗室。

　　歐盟從2018年開始，投入10億歐元實施“量子旗艦”計劃。英國在牛津大學等高校建立量子研究中心，投入約2.5億美元培養人才。荷蘭向代爾夫特理工大學投資1.4億美元研究量子計算。

　　日本計劃10年內在量子計算領域投資3.6億美元。加拿大已投入2.1億美元資助滑鐵盧大學的量子研究。澳大利亞政府、銀行等出資8300萬澳元在新南威爾士大學成立量子計算公司。

　　各國攻關量子計算機的戰略已經明確，但實現路徑并不相同。目前在超導、半導體、光量子、超冷原子等多條技術路線上推進。

　　“將來哪條路線能實現通用量子計算機，鹿死誰手還未可知。”郭光燦說。

　　量子算法是另一個不確定因素。要發揮量子計算機性能，必須針對不同問題設計算法，目前國際上已在因數分解和無結構數據庫搜索兩個方面取得進展。

　　“依靠因數分解能力，將來可以破解廣泛應用的加密算法RSA，那么無論是信用卡、支付寶，還是正在興起的區塊鏈技術，都將被極大地動搖。”中科大副研究員、科技與戰略風云學會會長袁嵐峰表示，算法的演進將深刻影響量子計算“戰局”。

　　中國的機遇與挑戰

　　憑借著潘建偉、郭光燦等領軍科學家及團隊的一系列重大突破，如今的中國已站在世界量子信息科研的舞臺中央。近兩年來，中國發射了世界首顆量子通信科學實驗衛星，首次實現千公里量子糾纏，成功研發全球首臺超越早期經典計算機的光量子計算機。

　　據英國政府的統計報告顯示，中國量子科研論文發表量排名全球第一、專利應用排名第二。在“第二次量子革命”的起步階段，中國異軍突起，躍入國際“第一陣營”。

　　但與量子通信的全面領先相比，中國的量子計算雖整體處于“第一陣營”，但只有個別方向“領跑”、大多處于“跟跑”。

　　據了解，在量子計算多條技術路線上，中國在光量子方向領先，在半導體、超冷原子方向稍落后，在超導方向明顯落后。如IBM、英特爾公布實現50個、49個超導量子比特，中國已公布的最高為10個。

　　多位學者認為，面對群雄并起、充滿變數的復雜局面，中國的挑戰與機遇并存，應保持戰略定力與科技自信，發揮制度優勢。

　　“如果說實現通用量子計算機像一場馬拉松，現在才跑了幾公里。你前面領先，我后面有機會。”郭國平等人認為，關鍵的技術競爭還在后面。

　　潘建偉介紹說，他十幾年前回國啟動量子通信研究的時候，不斷有人質疑：“這個東西這么難，中國能做成嗎？”“發達國家還沒做，中國先做有風險嗎？”

　　“這是一種‘科技不自信’，不太相信我們能做一些超越的事。”潘建偉說，得益于國家支持和“集中力量辦大事”的體制優勢，中國量子通信走到了世界最前列，他對量子計算同樣充滿信心。

　　決勝未來，中國需組建“集團軍”

　　在中國《“十三五”國家科技創新規劃》中，作為引領產業變革的顛覆性技術，量子計算機已被列入科技創新2030重大項目。

　　業界普遍認為，未來5到10年是量子計算研究的窗口期和爆發期，決勝關鍵在于資源布局與協同。

　　目前國際上研制量子計算機主要有兩種組織模式，一種是“公司驅動、市場導向”，一種是“科研驅動、目標導向”。

　　第一種模式的代表有IBM、谷歌、英特爾等，公司與耶魯大學、加州大學等科研機構合作，以市場需求為導向推動成果商業化，帶動量子軟硬件技術發展。

　　第二種模式包括中國等國家，以科研機構為主導，瞄準通用量子計算機的科研目標，對外尋求與企業合作推進產業化。

　　受訪學者認為，這兩種模式各有利弊，但在量子計算機研究進入實用化、產業化的臨界點，中國應該統籌科研力量、深化產業協同。

　　近期國內出現“量子熱”，多個地方布局量子研究，“招兵買馬”建實驗室。學者們認為，重視量子科研是好事，但如果大家都上馬，客觀上會分散資金和力量，造成重復建設。

　　“量子科研做到現在，已經不是一個學者或一個團隊層面的競爭，而是成了國家綜合實力的競爭。”潘建偉說。

　　“20年前，我曾經有些冒失地給錢學森先生寫信，希望他能像研制‘兩彈一星’一樣，牽頭組織攻關量子計算機。”郭光燦回憶，錢老回信說，他已經坐在輪椅上不能出來工作，但很支持這個想法。

　　郭光燦建議，中國籌劃建設的量子信息國家實驗室應盡快落地，發揮體制優勢，協調各方力量全國“一盤棋”，“大家協同創新，在各自環節上做到最好，而不是每個團隊單打獨斗。”

　　產業化方面，目前中國有阿里巴巴、中船重工等公司與中科大量子科研團隊開始合作，安徽省政府設立了100億元的量子產業投資基金。但無論是規模還是深度，與IBM、谷歌等組建的“量子產學研聯盟”都有較大差距。

　　“要打贏量子霸權爭奪戰，不能做‘游擊隊’，一定要組織‘集團軍’。”郭光燦說，量子計算機產業涉及硬件、軟件、標準、工程技術、用戶習慣等方方面面，需要政府支持、科研機構、企業合作乃至社會大眾的關注。只有凝聚優勢力量，創新運行機制，中國才能主導“戰局”，避免重走傳統計算機產業被動、跟隨的老路。（記者 徐海濤 刊于《瞭望》2018年第7-8期）