根據(jù)中國科學院6月26日消息，美國微軟公司量子部門的一組研究人員在創(chuàng)建可靠且實用的量子計算機方面取得了第一個里程碑式突破，發(fā)表在《物理評論B》雜志上的論文中，研究小組描述了這一里程碑式突破以及他們在未來25年內(nèi)建造可靠量子計算機的計劃。

量子計算機一直是計算機科學領(lǐng)域最熱門話題之一，因為它被認為是下一代計算機的未來。傳統(tǒng)計算機是基于二進制系統(tǒng)進行運算的，每個比特只能表示0或1兩種狀態(tài)，而量子計算機則是基于量子位（qubit）來進行運算，它可以同時處于多種狀態(tài)的疊加狀態(tài)，這使得量子計算機在某些特定的問題上能夠比傳統(tǒng)計算機更快地進行計算。比如，用傳統(tǒng)計算機解決一些復雜的數(shù)學問題需要幾百年，而用量子計算機只需要幾分鐘甚至幾秒鐘，因此量子計算機的發(fā)展至關(guān)重要。此次美國微軟公司量子部門在這一領(lǐng)域的突破意義何在？我們中國在量子計算機研究中有什么成就、面臨哪些挑戰(zhàn)？

一、微軟研究的意義

此次，微軟研究團隊設(shè)計出了一種新方法來表示具有硬件穩(wěn)定性的邏輯量子比特，該裝置可誘導以馬約拉納零模態(tài)為特征的物質(zhì)相——費米子的類型。目前，這些裝置已顯示出足夠低的無序性，可通過拓撲間隙協(xié)議，從而證明該技術(shù)是可行的?；谏鲜鲞M展，微軟技術(shù)副總公開表示，微軟10年內(nèi)就能制造出量子超級計算機。

如果微軟計劃實現(xiàn)，那么 這的確算是一個里程碑式突破：要知道迄今為止，量子計算機仍然是一個實驗室產(chǎn)品，還沒有實現(xiàn)商業(yè)化，但該研究小組的研究結(jié)果表明，量子計算機商業(yè)化將不再遙遠道路。

二、中國在該領(lǐng)域的成就

不可否認，在量子領(lǐng)域科學家們的努力下，中國在量子計算機研究方面也取得了一些舉世矚目的成就：

• 2016年，中國成功地建成了世界上第一個量子衛(wèi)星——墨子號衛(wèi)星，實現(xiàn)了基于衛(wèi)星的量子密鑰分發(fā)，標志著中國在量子通信領(lǐng)域取得了重大突破。

• 2017年，中國科學家完成了世界上第一個量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的實驗，實現(xiàn)了四個城市之間的量子保密通信，這是一個重要的里程碑。

• 2018年，中國科學家在一臺量子計算機上成功地模擬了一個含有56個量子比特的化學反應(yīng)，創(chuàng)下了全球之最。

• 2019年，中國科學家成功地在一臺量子計算機上實現(xiàn)了量子隨機數(shù)生成，這是一個重要的應(yīng)用場景。

• 2020年，中國科學家通過自主研發(fā)的量子計算機原型機“神光”取得量子霸權(quán)，成功完成了超過傳統(tǒng)計算機的計算任務(wù)。

• 2021年，中國科學家通過自主研發(fā)的量子計算機原型機“九章”取得更高級別的量子霸權(quán)，并實現(xiàn)了更復雜的量子計算任務(wù)。

三、我們面臨的挑戰(zhàn)

盡管中國在量子計算機研究方面取得了一些進展，但是中國要實現(xiàn)量子計算機的實際商業(yè)應(yīng)用，仍然面臨諸多挑戰(zhàn)：

• 技術(shù)挑戰(zhàn)：目前量子計算機的可靠性和穩(wěn)定性還需要進一步提高，尤其是在進行大規(guī)模量子計算時容易發(fā)生量子比特的錯誤，需要更好的量子糾錯技術(shù)來解決。

• 材料挑戰(zhàn)：量子計算中需要使用到超導材料、量子點等高科技材料，這些材料的制備和控制需要極高的技術(shù)水平和成本。

• 人才挑戰(zhàn)：量子計算機是一個新興領(lǐng)域，需要大量的專業(yè)人才來進行研究和開發(fā)，但目前量子計算機領(lǐng)域的專業(yè)人才供不應(yīng)求，尤其是在硬件和應(yīng)用領(lǐng)域。

• 安全挑戰(zhàn)：量子計算機的研究和應(yīng)用也帶來了新的安全挑戰(zhàn)，例如量子計算機可以破解傳統(tǒng)密碼學中的某些加密算法，需要研究量子安全的加密算法和協(xié)議來保護信息安全。

目前中國的量子計算機還處于實驗室階段，還沒有實現(xiàn)商業(yè)化。此外，中國還需要解決量子計算機的大規(guī)模生產(chǎn)和量子錯誤糾正等問題。這些問題需要解決，才能讓中國的量子計算機研究真正取得突破性進展。

四、結(jié)論

量子計算機是下一代計算機的未來，它將帶來計算機科學領(lǐng)域的革命。微軟研究人員此次在量子計算機方面取得的里程碑式突破標志著量子計算機已經(jīng)走向了商業(yè)化的道路。雖然我們在量子計算機研究方面也取得了一些進展，但離商業(yè)化還有一段漫長的路要走。不過，國納科技醬相信，只要我們進一步增強該領(lǐng)域的人力物力投入，就一定可以實現(xiàn)真正意義上的突破，沒有什么是我們中國人干不成的。

我是國納科技醬，百家匠心計劃科普創(chuàng)作者；蘇州市納米新材料協(xié)會前理事、西建大無錫校友會副會長；百空凈/節(jié)能/環(huán)保領(lǐng)域?qū)嵺`20年。

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