量子計(jì)算，中國落后了嗎

李瑤

繼今年3月谷歌宣布實(shí)現(xiàn)72個量子位的原型機(jī)后，5月，阿里巴巴達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室發(fā)布消息，稱已研發(fā)出當(dāng)前世界最強(qiáng)的量子電路模擬器“太章”，成功模擬了81比特40層作為基準(zhǔn)的谷歌隨機(jī)量子電路。

2018年5月15日，在上海交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，研究人員展示通過“飛秒激光直寫”技術(shù)制備出節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)49×49的光量子計(jì)算芯片。

雖然還存在一些分歧，但隨著這些新成果的陸續(xù)發(fā)布，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界人士還是達(dá)成了一個共識：量子技術(shù)這一前沿技術(shù)不僅事關(guān)國家網(wǎng)絡(luò)安全，更有望催生全新且龐大的產(chǎn)業(yè)鏈條，對經(jīng)濟(jì)社會產(chǎn)生重大影響。

也正因此，除了諸多中外國家級科研機(jī)構(gòu)及高校，阿里巴巴、谷歌、微軟、英特爾、IBM等科技企業(yè)也將量子計(jì)算視為下一場革命，展開了一場你追我趕的國際競賽。

“量子霸權(quán)”尚需時日

谷歌發(fā)布72個量子位的原型機(jī)后，“量子霸權(quán)”一說再度被熱議。有部分觀點(diǎn)認(rèn)為，在谷歌、IBM、英特爾等公司的快速進(jìn)展產(chǎn)出下，美國已經(jīng)遠(yuǎn)超各國，擁有了“量子霸權(quán)”。

對此，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉認(rèn)為，現(xiàn)階段谷歌、IBM等美國公司公布的量子計(jì)算機(jī)主要單純比拼物理量子比特?cái)?shù)，這一優(yōu)勢在應(yīng)用層面尚無太大意義。

國內(nèi)一些學(xué)者認(rèn)為，數(shù)量做大并非難事，關(guān)鍵在于如何產(chǎn)生實(shí)用價(jià)值。目前相關(guān)公司一直未公開相關(guān)量子計(jì)算的測試結(jié)果，而發(fā)布此類新聞不需要經(jīng)過任何測試和同行評議，因此存在商業(yè)炒作的嫌疑。

實(shí)際上，除了國際競爭意義上“霸權(quán)”，在學(xué)術(shù)層面，“量子霸權(quán)”還有另外一層涵義。國際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的量子計(jì)算研發(fā)主要分為三個階段：一是量子計(jì)算在特定問題上的計(jì)算能力超越傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)，二是實(shí)用化量子模擬機(jī)，三是通用可編程的量子計(jì)算機(jī)。

這其中的第一個階段，即是學(xué)術(shù)定義上的“量子霸權(quán)”。

當(dāng)前，全球尚未有任何科研機(jī)構(gòu)和團(tuán)隊(duì)進(jìn)入第一階段。“中美量子計(jì)算研究水平均處于起步階段。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波說，“根據(jù)超導(dǎo)量子計(jì)算的發(fā)展趨勢，中科大和谷歌均預(yù)計(jì)在2020年前后才可達(dá)到第一階段的科學(xué)目標(biāo)。”

在潘建偉和朱曉波看來，我國在量子計(jì)算研究領(lǐng)域的總體水平處于國際第一方陣：在量子計(jì)算的核心也即多光子糾纏領(lǐng)域，我國保持著國際領(lǐng)先水平;在光量子計(jì)算方面，中科大持有18個光子比特糾纏的世界紀(jì)錄;在超導(dǎo)量子計(jì)算方面，中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院屬于全球最強(qiáng)的三家機(jī)構(gòu)之一。

“在技術(shù)水平上，我們與處于領(lǐng)先地位的谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室差距并不大。”專家們認(rèn)為，要形成技術(shù)上的“量子霸權(quán)”，還需時日。

知己知彼

技術(shù)上的“量子霸權(quán)”雖然還未到來，但國家間的量子“霸權(quán)”爭奪戰(zhàn)早已吹響了號角。

自118年前量子理論誕生起，以美國為代表的發(fā)達(dá)國家就在持續(xù)探索，近年來更是積極整合各方力量，力圖在量子計(jì)算領(lǐng)域占據(jù)先機(jī)。

這意味著，中國要想在量子計(jì)算“多國競賽”中勝出，也將面臨諸多挑戰(zhàn)。

從研究積累看，我國在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的水平雖與國際同步，但在共性技術(shù)積累上稍顯落后。

潘建偉表示，歐美國家擁有強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)、人才資源儲備、精密儀器設(shè)備制造能力以及高校的科技成果轉(zhuǎn)化鏈條，加之谷歌、IBM等大型科技公司的介入，帶來了強(qiáng)大的研發(fā)資源保障，國外在共性技術(shù)積累上取得了一定的先發(fā)優(yōu)勢。

關(guān)于企業(yè)介入對于量子計(jì)算研究的重要性，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授郭國平也表達(dá)了自己的看法。他認(rèn)為，相較于國外，我國企業(yè)在量子計(jì)算領(lǐng)域的參與程度較低，在應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化積累層面與國外存在差距。

“以2016年初為節(jié)點(diǎn)，此前我國與國外的發(fā)展速度基本相同，但之后我們就明顯落后了，這其中的很大原因就是國外先行進(jìn)入了企業(yè)化、市場化的運(yùn)作，通過資本與技術(shù)的深度結(jié)合，迅速將研究拓展到了應(yīng)用層面。”郭國平說。

此外，我國在科研人才的使用配置方面還存在較大空間亟待優(yōu)化，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)軍型人才屈指可數(shù)，儲備人才后勁不足。

一位不愿具名的業(yè)內(nèi)專家表示，從科研一線來看，部分高校和院所科研團(tuán)隊(duì)有些急功近利，重論文發(fā)表，輕實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。而另一方面，部分科研人員有心嘗試成果轉(zhuǎn)化，卻面臨體制機(jī)制束縛，知識產(chǎn)權(quán)錯過價(jià)值轉(zhuǎn)化的黃金期。

力奪先機(jī)

在多位專家的采訪中，一個共識是，鑒于量子研究的巨大影響，以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向、研究制定量子信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略和總體規(guī)劃，成為提高我量子研究實(shí)力的首要任務(wù)。

朱曉波認(rèn)為，可以發(fā)展規(guī)劃為龍頭，分階段確定發(fā)展目標(biāo)，引導(dǎo)資源配置，聚焦重點(diǎn)任務(wù)，有序地推進(jìn)開發(fā)并逐漸向產(chǎn)業(yè)層面下沉。

實(shí)際上，在將量子通信和量子計(jì)算納入“十三五”國家基礎(chǔ)研究專項(xiàng)后，實(shí)施科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、組建國家實(shí)驗(yàn)室的時機(jī)已經(jīng)日漸成熟。

潘建偉和朱曉波認(rèn)為，可以國家實(shí)驗(yàn)室為總抓手，以重大項(xiàng)目為牽引，統(tǒng)籌全國高校、科研院所及相關(guān)企業(yè)的創(chuàng)新要素和優(yōu)勢資源，培養(yǎng)一支有真才實(shí)干的國家人才隊(duì)伍。

在科研人才隊(duì)伍建設(shè)方面，郭國平認(rèn)為，可考慮將成果轉(zhuǎn)化納入人才評價(jià)及激勵標(biāo)準(zhǔn)，使科研隊(duì)伍能夠仰望星空與腳踏實(shí)地并舉;而高校及科研院所在防止無形資產(chǎn)外流的同時，須注意知識產(chǎn)權(quán)的時間價(jià)值，避免把無形資產(chǎn)深埋于論文堆里。

對于企業(yè)在量子計(jì)算中有何可為之處這一問題，潘建偉認(rèn)為，可以在有實(shí)力、有意愿的科技企業(yè)中設(shè)立一批國家級創(chuàng)新平臺，加快開發(fā)一批量子計(jì)算機(jī)研制和應(yīng)用設(shè)計(jì)的軟硬件核心專利。

郭國平則表示，可借鑒集成電路、人工智能等規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)，“按照政府牽頭指引，以企業(yè)攻關(guān)為主，科研院所參與為輔，撬動社會資本參與并監(jiān)督，采用市場化的操作方式，形成多方支持的新格局。”