量子计算是一个专注于开发基于量子理论原理的计算机技术的研究领域。数百亿的公共和私人资本正在投资量子技术。世界各国都已经意识到，量子技术可以成为现有业务的主要颠覆者。

我国在量子计算领域飞速前进

据香港亚洲时报网站2月4日报道，继加拿大和美国分别在2011年和2019年交付量子计算机后，中国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家。

报道称，本源量子计算科技有限责任公司已向用户交付一台使用自主研发的超导量子芯片技术的24比特超导量子计算机，这是本源量子“悟源”系列商用量子计算机的最新拳头产品。

本源量子表示，将在今年晚些时候推出运算速度更快的量子计算机“悟空”。

在这一消息发布后，IT专栏作家和观察人士纷纷猜测中国在领导量子计算革命的竞赛中赶超美国的可能性。

目前的共识是，在量子计算机产业方面，中国落后美国4到5年，但随着这场高科技竞争的演变，中国可能在未来几十年内占据优势。

经典计算和量子计算的比较

经典计算在其最终层面上依赖于布尔代数表达的原则。数据必须在任何时间点或我们所说的位中以排他性的二进制状态进行处理。虽然每个晶体管或电容器在切换状态之前需要处于 0 或 1 的时间现在可以缩短到以十亿分之一秒为单位测量，但这些设备切换状态的速度仍然存在限制。

随着我们向更小更快的电路发展，我们开始达到材料的物理极限和经典物理定律应用的阈值。除此之外，量子世界接管了量子计算机，可以使用许多元素粒子，例如电子或光子，它们的电荷或偏振充当0和/或1的表示。 这些粒子中的每一个都被称为量子比特或量子比特，这些粒子的性质和行为构成了量子计算的基础。经典计算机使用晶体管作为逻辑的物理构建块，而量子计算机可能使用捕获离子、超导环、量子点或钻石中的空位。

随着我们向更小更快的电路发展，我们开始达到材料的物理极限和经典物理定律的适用门槛。在量子计算机中，一些元素粒子，如电子或光子，可以用它们的电荷或偏振作为0与/或1的表示。这些粒子中的每一个都被称为量子比特，或量子位，这些粒子的性质和行为构成了量子计算的基础。经典计算机使用晶体管作为逻辑的物理构件，而量子计算机可能使用离子阱（trapped ions）、超导回路(superconducting loops)、量子点（quantum dot）或钻石中的空位。

量子计算的挑战

构建可扩展且稳定的量子硬件：量子计算的主要挑战之一是构建一种可以处理大量量子比特同时保持稳定性和一致性的设备。

处理量子系统中的噪声和错误：量子系统对噪声和错误高度敏感，这可能会破坏计算并导致结果不准确。

为量子计算开发高效的算法：随着量子计算机功能的扩展，对可以利用量子系统独特属性的新算法的需求也在增加。

实施纠错和减错方法：纠错和减错对于构建有用的量子计算机至关重要，但用于实现这一目标的方法仍处于开发的早期阶段。

设计和实现量子通信和组网：量子通信和组网技术，如量子密钥分发和量子隐形传态，仍处于发展的早期阶段，在大规模实施之前还有许多挑战需要克服。

解决缺乏熟练专业人员的问题：量子计算领域相对较新，缺乏具有使用量子设备和软件的必要技能和知识的专业人员。

解决量子技术与经典技术集成不足的问题：将量子技术与现有经典技术无缝集成仍然是一个挑战，使得量子计算难以用于实际应用。

为量子计算开发强大的软件和编程语言：目前可用于量子计算的软件和编程语言有限，这些仍处于开发的早期阶段。

解决缺乏标准化的问题：目前量子计算领域缺乏标准化，这导致难以比较不同的设备和技术。

解决量子计算的成本效益问题：构建和运行量子计算机仍然非常昂贵，这是广泛采用量子计算的主要障碍。

量子计算的趋势

增加量子设备中的量子比特计数和相干时间(Coherence Times)：量子计算机中的量子比特（量子比特）数量是衡量其性能的重要指标。随着量子比特数量的增加，设备的计算能力也会增加。相干时间是指量子比特在退相干之前可以保持其量子态多长时间，而更长的相干时间可以实现更复杂的计算。

开发新的量子算法和优化技术：随着量子计算机功能的扩展，新算法和技术的开发也在扩展，以利用量子计算的独特属性。其中包括量子机器学习、量子纠错和量子优化算法。

量子启发（quantum-inspired）的经典算法和硬件的出现：研究人员正在研究量子系统的特性，以开发新的经典算法和硬件，模仿量子计算的一些优势。

行业和政府对量子计算的兴趣和投资日益浓厚：随着量子计算的潜在应用变得更加明显，行业和政府对该领域的兴趣和投资也在增加。

量子研究机构和公司之间的协作和资源共享增加：随着量子计算变得越来越重要，量子研究机构和公司之间的协作和资源共享越来越多。

量子机器学习和量子人工智能的使用：研究人员正在探索使用量子计算来开发新的机器学习和人工智能算法，以利用量子系统的独特属性。

量子云服务的兴起：随着量子比特数量和相干时间的增加，许多公司现在都为用户提供量子云服务，这使他们能够访问量子计算的强大功能，而无需构建自己的量子计算机。

量子纠错的进步：为了使量子计算机实用，有必要拥有量子纠错技术，以尽量减少计算过程中发生的误差。正在开发许多新技术来实现这一目标。

量子计算产业化还有多远

虽然量子计算的产业化发展仍处于相对早期的阶段，但是各大科技公司的介入，推动了量子产业化的步伐。

在8月25日举办的量子开发者大会上，百度对外发布超导量子计算机“乾始”，并推出全球首个全平台量子软硬一体化解决方案“量羲”，则标志着中国在量子计算产业化上进入全球第一梯队。

据介绍，“乾始”是集量子硬件、量子软件、量子应用于一体的产业级超导量子计算机，现已搭载10 量子比特高保真度超导量子芯片。“量羲”则提供私有化部署、云服务、硬件接入等系列服务，最大程度上简化量子硬件部署到量子服务的全流程。百度希望借此让“量子计算触手可及”，实现“人人皆可量子”。

目前，围绕量子计算的产业生态已经初具雏形。IDC报告显示，全球量子计算市场将从2020年的4.12亿美元增长到2027年的86亿美元，6年复合年增长率超过50％。“开发者、科技公司、科研机构等每一个组织都做好自己擅长的事情，才能够构建成一个健康的量子生态。”百度量子计算研究所所长段润尧称。

中国科学院院士、北京量子信息科学研究院院长向涛表示，量子计算的应用与产业化成为国际大企业展示实力、布局未来的新战场，逻辑很简单，失去量子计算的控制权，就可能失去未来信息社会的话语权。

中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长、中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主任潘建伟说过，“量子优越性”的实现，意味着中国进入了量子计算发展的第一阶段，在未来，中国仍要向两个更高的发展阶段迈进。在第二阶段，中国需构建操纵数百个量子比特的专用量子模拟器，以解决经典计算机无法胜任的复杂物理系统的规律问题，如高温超导机制；在第三阶段，中国则需构建出可编程的通用量子计算机。

此外，他还认为，将中国在量子计算领域的实验研究优势转化为现实可应用的技术，仍任重而道远。目前，距离量子计算实现真正产业化还很遥远。

文章来源： EETOP半导体社区，参考消息，中国小康网