轉(zhuǎn)自《瞭望》

《瞭望》新聞周刊記者：扈永順?馬曉澄

◇量子計算機處理特定數(shù)據(jù)能力與電子計算機相比，相當于電子計算機與算盤相比

◇本源量子把72比特的“本源悟空”上到云端向全世界開放，被120多個國家的用戶訪問1200萬次，已經(jīng)算了25萬個任務(wù)，證明我們的量子計算機是可用的◇量子計算研究已經(jīng)超越40多年前我們想象的那個理論上非常美好，實際上不知道能不能做出的范疇?？梢钥隙ǖ卣f，量子計算機確實像當初預言的那樣，會成為人類社會發(fā)展不可替代的一種新工具

◇如果量子計算能夠進入真實應(yīng)用場景，遇到問題反饋，研制新的性能，整個產(chǎn)業(yè)就可以有非常好的發(fā)展

量子計算技術(shù)是21世紀最有前景的前沿科技之一。美國把量子計算機的研發(fā)命名為“微型曼哈頓計劃”，量子計算機被稱為信息時代的“算力原子彈”。以量子計算技術(shù)為代表的量子科技，是中國在全球科技產(chǎn)業(yè)中開辟新領(lǐng)域、制勝新賽道的重要核心技術(shù)之一，具有深遠的戰(zhàn)略意義。

近日，中國量子信息奠基人、中國科學院院士郭光燦接受《瞭望》新聞周刊專訪時表示，量子計算將帶來翻天覆地的變化，我國目前的量子計算在國際上處在第一梯隊，但距離世界最前沿還有差距，突出表現(xiàn)在應(yīng)用生態(tài)上。郭光燦認為，應(yīng)該發(fā)揮好新型舉國體制優(yōu)勢，對量子計算產(chǎn)業(yè)給予重點支持，政產(chǎn)學研用合力，帶動全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。本源悟空等五臺量子計算機 機群（2024 年 5 月攝） 孫超攝量子計算將帶來翻天覆地的變化《瞭望》：如何通俗理解量子計算？

郭光燦：量子世界具備一種經(jīng)典電子世界所不具備的獨特屬性，即由量子疊加引發(fā)的不確定性——經(jīng)典電子世界是確定的，其狀態(tài)要么為0，要么為1；而在量子領(lǐng)域中，狀態(tài)則是不確定的，既非明確的0也非明確的1，而是處于兩者之間的可能性狀態(tài)。

量子在處理數(shù)據(jù)時因其疊加特性，就可以把0和1疊加起來。具體而言，1塊有n個比特的傳統(tǒng)芯片，可以同時存儲n個數(shù)據(jù)；而一塊擁有n個量子比特的芯片，則能夠在同一時刻存儲2^n個數(shù)據(jù)。計算過程本質(zhì)上是對存儲數(shù)據(jù)進行變換，將一組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一組數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)電子計算機是串行計算，每次操作只能將單一數(shù)值轉(zhuǎn)換為另一個數(shù)值，這意味著它必須依照順序進行計算。相反，量子計算機在具有強大的數(shù)據(jù)存儲能力的同時，具備強大的并行計算能力，其n個量子比特能夠在同一時間內(nèi)存儲2^n個數(shù)據(jù)，并且通過一次操作即可同時將這2^n個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為新的2^n個數(shù)據(jù)。量子計算機強大的并行運算能力為一些對算力需求高的特定行業(yè)問題提供了解決方案。比如，在小分子藥物設(shè)計領(lǐng)域，傳統(tǒng)分子對接方法依賴于高性能計算機集群進行大量計算，耗時久且精度低。

而量子計算技術(shù)有強大的計算能力，能夠解決傳統(tǒng)小分子藥物設(shè)計中存在的算力瓶頸，可以顯著提高分子對接的速度和準確性，從而開辟一條更高效、更精準的藥物篩選新路徑。將量子計算機處理特定數(shù)據(jù)能力與電子計算機相比，相當于電子計算機與算盤的能力相比。人類社會從算盤時代過渡到現(xiàn)在的電子計算機時代，經(jīng)歷了深刻的社會變革。如今，人們的生活已經(jīng)離不開電腦和智能手機，計算機帶給我們的好處有目共睹。如果人類社會進一步邁入量子計算機時代，這將是一場巨大的技術(shù)革命。量子計算機有望解決那些目前電子計算機難以應(yīng)對的重大難題，在各個領(lǐng)域內(nèi)都將產(chǎn)生深遠的影響?！恫t望》：我們國家的量子計算已經(jīng)達到什么水平，有哪些應(yīng)用？郭光燦：量子計算的研究與發(fā)展大致可以分為三個主要階段。首先，是基礎(chǔ)研究階段，這一階段主要側(cè)重于理論探索與學術(shù)成果的發(fā)表。

這些研究成果標志著重要的科學進步，但論文發(fā)表并不能稱之為真正意義上的量子計算機，它通常局限于實驗室環(huán)境，用于實驗性數(shù)據(jù)收集或概念驗證演示，無法解決復雜或?qū)嶋H的問題。其次，是量子計算機樣品開發(fā)階段。在這個階段，要將實驗室中的研究轉(zhuǎn)化為可實際應(yīng)用的量子計算機，將其部署在云端上處理真實運算任務(wù)。最后，是量子計算機的商品化階段。在此階段，研究團隊將進一步完善樣品，將操作系統(tǒng)與處理系統(tǒng)全面集成，使之成為完整的量子計算機，并作為商品推向市場。

我們國內(nèi)的企業(yè)本源量子具有自主超導量子計算機制造鏈，2021年交付了中國首臺超導量子計算機整機，使中國成為世界上第三個具備量子計算機整機交付能力的國家。2024年初，第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上線。本源量子把72比特的“本源悟空”上到云端向全世界開放，被120多個國家的用戶訪問超1200萬次，已經(jīng)算了25萬個任務(wù)，證明我們的量子計算機是可用的。而且在金融科技、醫(yī)療數(shù)據(jù)、電力行業(yè)等方面，我們國家的量子計算機都有一些具體的應(yīng)用。

機遇和挑戰(zhàn)并存

《瞭望》：近年來國際、國內(nèi)量子信息研究情況如何？郭光燦：我們研究啟動比較早，國家支持也比較早，我們的量子信息研究在國際上處于第一梯隊。第一梯隊指我的水平跟你差不多，有的方向我可能比你還好，個別的方向我們落后一點，平均來說，在量子計算領(lǐng)域，國外認同中國的水平。近幾年因為技術(shù)上有突破，很多量子體系開發(fā)非?？?。IBM用超導線路做到了1000量子比特，現(xiàn)在別的技術(shù)路線，比如用離子阱、光子、原子等，也可以做到不錯的水平。整個量子計算機領(lǐng)域在全世界發(fā)展非?？?，每年都不斷有新研究成果出現(xiàn)。量子計算研究已經(jīng)超越40多年前我們想象的那個理論上非常美好、實際上不知道能不能做出的范疇?？梢钥隙ǖ卣f，量子計算機確實像當初預言的那樣，會成為人類社會發(fā)展不可替代的一種新工具。《瞭望》：相比較世界最前沿的水平，我們的量子計算研究還面臨哪些挑戰(zhàn)？郭光燦：目前全世界在量子計算第一梯隊的國家有中國、美國、加拿大、日本、德國、英國等。美國的量子信息、量子計算是全世界發(fā)展最前沿、最快的。我們跟他們有一定的差距，但不是很大。全世界能把量子計算機做成產(chǎn)品并賣出去給大家用的只有幾家，我們就是其一。

美國能做到最前沿，在于他們比我們早二十年啟動研究。美國相關(guān)底層技術(shù)、工業(yè)基礎(chǔ)好，人才多，更重要的是，量子計算的生態(tài)更完善。IBM已經(jīng)在全球范圍部署了70多臺量子計算機。國外的巨頭公司正在使用量子計算機嘗試解決其所在領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，探索提高研發(fā)能力和制造能力的新方法。這些公司在應(yīng)用的過程中將問題反饋給IBM，IBM立即針對用戶需求改造量子計算機性能，這樣一種循環(huán)就是生態(tài)。國內(nèi)還沒有建立這樣的生態(tài)。

加速量子計算落地研發(fā)和應(yīng)用

《瞭望》：怎樣加速量子計算產(chǎn)業(yè)落地，推動新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展？郭光燦：國外發(fā)展量子計算的主體是大公司，我國原來也有不少大公司參與，投資了很多錢，但有些放棄了，因為短時間內(nèi)掙不到收益。我們國家應(yīng)該發(fā)揮好新型舉國體制的優(yōu)勢，政府給予強有力的引導和支持。建議按照“兩彈一星”的方法來做量子計算，把最高水平的人集中在一起攻關(guān)。量子計算是龍頭產(chǎn)業(yè)，如果得到支撐，產(chǎn)業(yè)得到發(fā)展，我們整個產(chǎn)業(yè)鏈就會建起來，并形成合力帶動上游材料、關(guān)鍵核心零部件等突破。在生態(tài)建設(shè)方面，要推動國內(nèi)企業(yè)敢于嘗試使用先進的量子計算機解決領(lǐng)域內(nèi)問題，提高生產(chǎn)力。目前，我們正在大力推動建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，今年7月，國內(nèi)首個量子計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟“本源量子計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”擴容，聯(lián)盟單位總數(shù)突破100家。如果量子計算能夠進入真實應(yīng)用場景，遇到問題進行反饋，開發(fā)新的功能，整個產(chǎn)業(yè)能得到非常好的發(fā)展?！恫t望》：在量子計算的基礎(chǔ)研究方面我們還應(yīng)從哪些方面發(fā)力？郭光燦：強化基礎(chǔ)研究并研發(fā)出比現(xiàn)有方案更好、更快的量子計算機至關(guān)重要。早期用物理量子比特來編碼邏輯比特時，需要大約1000個物理量子比特才能編碼出1個邏輯比特。為了構(gòu)建一臺通用量子計算機，理論上需要1000個邏輯比特，由此推算，所需的物理量子比特數(shù)量高達100萬。如果能夠?qū)崿F(xiàn)每個物理量子比特直接編碼成1個邏輯比特，我們將能夠迅速達到構(gòu)建通用量子計算機所需的水平。量子比特數(shù)目的增加本身就是一項進展，但這并不是量子計算領(lǐng)域的根本性突破。根本性的突破在于能夠顯著提高編碼效率，減少構(gòu)建1個邏輯量子比特所需的物理量子比特數(shù)量，這正是國外研究者最為關(guān)注的核心問題之一。我們不能等待國外的成果，跟隨別人的步伐一定落后，必須有自己的原創(chuàng)思想。抓住核心問題再提出自己的原創(chuàng)想法，然后實現(xiàn)。想要超越一定要走這條路，而不是跟隨別人的意見，這種競爭遲早會被淘汰。

人才培養(yǎng)方面，建議教育部牽頭出臺我國量子計算教育科研培訓等支持政策，支持我國高校使用量子計算機真機培養(yǎng)量子計算人才，建立量子科技人才的中長期培育規(guī)劃，加強政策傾斜、資金投入。具體而言，可以分以下幾步走：一是開展全國首批量子計算科普樣板校遴選活動，“政、校、企”三方合力建設(shè)“自主量子計算機一體化教研機房”，支持高校使用量子計算機真機培養(yǎng)量子計算人才。二是加大量子計算科普教育的經(jīng)費投入，設(shè)立量子計算教育專項補貼政策。三是統(tǒng)籌布局全國量子計算科普教育。

（《瞭望》2024年第35期 ）