6月2日，英国顶级期刊《自然》（Nature）杂志发表了一份研究成果：

美国国家标准与技术研究院与加拿大量子技术公司Xanadu合作，开发了一种可以执行多算法、可编程、可扩展的光量子计算芯片。而且，研究人员通过Xanadu研发的光量子计算机Borealis，仅需36微秒，即可完成超级计算机需耗时超过9000年才能完成的一项任务，运行速度加快了5000万倍以上。该系统相对过去展示的光子设备有所改进，从而再次显示了“量子计算优越性”（旧称为量子霸权）。

科学家称，这一研究显示光量子计算机Borealis所释放的计算潜力，有望解决下一代电池开发、药物发现、金融和物流等领域一系列棘手问题。

巴西弗鲁米嫩塞联邦大学研究人员丹尼尔·布罗德（Daniel Brod）在接受钛媒体App采访时表示，这一研究解决了技术难题，或许能使他们“在通向可行量子计算机的长期竞赛中领先”，而且这可能对整个量子信息处理任务的向前发展很有用。

此外，丹尼尔还表示，Borealis运行时间结果，在某种意义上（可编程性、透射率以及干涉仪深度），超越了2020年12月，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等人研发的中国“九章”量子计算原型机，而且前者的研究数据更大、更灵活，未来有望取代“九章”。

实际上，随着集成电路技术逐渐接近原子极限，量子计算被认为是后摩尔时代最具潜力的破局者。相比经典电子计算机，量子计算可以提供指数级的算力提升，从而突破目前日益复杂的金融模型计算、生物医药、材料设计和人工智能等领域的算力瓶颈。

量子设备的一个关键目标是超越经典计算机系统，性能优于世界上最快的超级计算机，就可以建立“量子优越性”。而展示量子系统对经典计算机优越性的方法之一，是比较二者从描述光子通过网络传播特点的未知概率分布中取样的速度，称为高斯玻色取样。人们可以计算出经典计算机执行该任务所需时间。但光子数量有一个阈值，在此之上，经典计算机无法在合理时间内完成计算。

目前量子计算包括超导量子、离子阱、硅基半导体、光量子和拓扑等路线。其中，光量子路线的量子优势纪录由中国“九章”获得。而过去报告的实现高斯玻色取样的实验，最多使用113个光子，在固定镜子和透镜网络中传播。

但此次，Xanadu公司研究人员乔纳森·拉沃伊（Jonathan Lavoie）博士联合美国科学家，在一个可编程光子单处理器上开展实验，使用216个光子（最多219个光子, 平均125个光子）进行的压缩态量子比特的光量子计算机Borealis，利用直接模拟方式进行任务计算。

最终发现，Borealis可以在36微秒内，完成一项需要世界最快的超级计算机（刚被超越）日本Fugaku 9000 多年才能完成的样本任务，是早期光子机器所报告极限值的5000万倍以上。

研究人员还提到，这是目前报告的最大的量子优越性光子实验。相对于其他光子实验的性能改进，可归功于简化了检测光子实验、引入可编程性和降低对“欺骗”（指量子结果可以被经典算法重复）的脆弱性。

Xanadu创始人兼首席执行官Christian Weedbrook表示，“这是量子计算的另一个重要里程碑。它展示了我们拥有非凡人才以及光子量子计算机扩大规模的能力。”

不过，丹尼尔却告诉钛媒体App，光量子计算机无法形成实用工具，更多是“量子力学计算能力”的展示。而对于光量子计算的应用，依然是悬而未决的问题。“有用的量子处理器最终可能会成为商业产品，但这项研究至少在一段时间内仍然属于学术‘基础科学’水平。”

中国打造全球最大规模光量子芯片

在经历了美国技术封锁后，也让国人愈发重视起芯片的作用，虽然国内的芯片产业起步比美国晚，但并不意味着西方国家就可以利用这一技术来限制中国的发展，如今中国直接打造出全球最大规模的光量子芯片，它的性能就连美国都被比下去了。

光量子计算芯片是上海交通大学物理与天文学院金贤敏团队，通过“飞秒激光直写”技术制备出节点数达49×49的芯片，是世界最大规模的三维集成光量子芯片，也是国内首个光量子计算芯片。

在信息时代，民众对芯片其实并不陌生，即使是不关注电子产业的人，随着手机等电子设备的不断更新换代，各种新一代处理器的发布，也让人们逐渐了解到了芯片，其实中国也是芯片产业大国，并且能够向全世界供应产品，但因为一些高端的芯片产品，被牢牢掌握在西方少数企业手中，所以才导致中国在这一领域陷入被动，美国才能够利用芯片来打压华为的发展。

如今随着中国在芯片领域的投入不断增加，自然也是捷报频传，光量子芯片就是其中之一，如果只是单一的光量子芯片，那么还无法看出它的实际用途，但如果将其与量子计算机结合起来，那么它的作用就大了，要知道芯片最主要的价值，就是充当电子设备的处理核心，功能类似于人的大脑，其处理能力越强，那么电子产品的性能自然也就更强悍。

而芯片性能的强弱，除了跟制造工业有关外，也跟芯片的架构，采用什么原理存在直接关系，即使用最顶尖的光刻机来生产出已经过时的芯片，那么它跟新一代架构的芯片相比，也根本占不到任何优势，目前全球的芯片主要以硅基为主，但其实也可以利用其他材料制作芯片，比如石墨烯，中国研发的光量子芯片，就实现了在芯片加工工艺不及国外的情况下，成功实现降维打击，利用更加先进的原理实现弯道超车。

目前国内已经有多台量子计算机上线，比如九章号、祖冲之量子计算机等，即使跟国外最顶尖的超级计算机相比，量子计算机的优势绝对是划时代的，毕竟其数据处理能力直接较上一代超算提升了数千万倍甚至几亿倍，而超算的出现，已经为人类科技进步提供了非常有力的支持，可想而知，量子计算机对人类科技发展将产生什么意义。

量子芯片与传统半导体芯片的区别

量子芯片的计算方式与传统的硅基芯片有所不同，比如计算速度不同，利用粒子的量子效率计算速度是传统芯片的上百倍甚至是上亿倍。当然这要看具体的处理问题的类型，量子芯片的内部构造也和传统晶体管不一样。

我们知道传统的硅基半导体是利用离子在硅原晶片上掺杂，这里的离子主要是元素周期表上第三主族和第五主族的元素，例如砷和铝。因为掺杂不同就会在晶体上形成壁垒，在外加电势就可以控制电子的移动，这就是晶体管的构造原理，由数以千亿的晶体管组成一个个逻辑门，然后进行数据运算。

量子芯片则是利用粒子的量子效应来构造逻辑门，因为量子具有叠加效应，所以用很少的逻辑单元就可以解决规模庞大的问题，这一点和传统的半导体芯片的二进制计算方式有很大不同。在数据运算规模小的情况下，二者的速度差不多，运算规模越大，量子芯片的优势就越明显。有报道指出搭载传统硅基半导体芯片的计算机需要150000年才能解决的问题，对于量子计算机来说只要1秒钟，这可以说是完全碾压。

量子芯片的商业化

量子芯片既然优点这么多，为什么到现在还没有实现商业化呢？其实量子计算需要特殊的条件，那就是需要超导。

实现超导的方式有两种，一种就是降低其自身温度，那么它的电导率就会变高，当达到绝对零度，即负273.15摄氏度时，导体就会自动变为超导体，其电阻趋近于0，但是这个条件太过于苛刻，日常生活中很难实现，所以科学家只能寻找常温下的超导材料，石墨烯就是这一类材料的代表。

量子芯片还有一个特点就是难以操控。我们都知道一个著名的物理思想实验，薛定谔的猫，在没有打开盒子之前我们是控制不了猫的死活的，这正是量子叠加效应的表现结果，这就给人们控制量子计算带来了很大的麻烦，量子叠加效应即是优点也是量子芯片的缺点。

浙江大学的技术团队采用全联通技术，巧妙地解决了量子的叠加效应问题，可以精准控制特定稳定的量子模拟和量子态，这使得量子计算成为可能。相比于莫干一号，天目一号的可编程能力更强，适用于各种类型的量子算法，这对于构建量子芯片的网络生态是十分有利的。

浙江大学这次发布的两个量子芯片离商业化运用还有多远？有行业大佬表示，最起码还要10到15年，量子芯片计算机才能够商业化应用，因为当今世界仍然是以硅基半导体为主流，量子芯片与传统的硅锗半导体不论是在结构上还是算法编程上都有很大的区别，兼容起来非常困难，所以量子芯片要撼动半导体传统势力还有很长的路要走。

文章来源：互联狗，紫龙观察，钛媒体APP