本文編譯自日本經(jīng)濟新聞《量子覇権、せめぎ合う米中 Googleは29年に「汎用品」》

下一代高速計算機和量子計算機的研發(fā)競爭愈發(fā)激烈。中國團隊正在激烈追逐諸如谷歌等美國公司，它們（指谷歌）計劃2029年實現(xiàn)“第一梯隊”。而日本的一些海外新興企業(yè)以及富士通也在用自己的技術(shù)提高影響力，結(jié)合量子技術(shù)的計算可在新藥研發(fā)、密碼破譯等方面打破現(xiàn)有技術(shù)的極限。因此，量子技術(shù)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國家安全具有巨大影響。

“這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的嘗試?！痹诮衲?月舉辦的谷歌I/O開發(fā)者大會上，谷歌首席執(zhí)行官桑達爾·皮查伊(Sundar Pichai)公布了一項正在進行的量子計算機開發(fā)計劃。其目標(biāo)是在2029年之前建立一個商用量子計算機。

2019年，谷歌取得了“量子優(yōu)越性”突破，即使用量子計算機在3分20秒內(nèi)解決了最先進的超級計算機需要1萬年才能解決的問題。不過，當(dāng)時解決的是生成隨機數(shù)的特殊問題，并不具有實用性。

量子計算的目標(biāo)是實現(xiàn)能夠解決現(xiàn)有計算機無法解決的難題的“通用量子計算機”。它旨在為氣候變化問題的解決、阻止傳染病大流行藥物的創(chuàng)新開發(fā)鋪平道路。

一直以來，人們認(rèn)為需要20年實現(xiàn)完整的量子計算機。谷歌計劃10年內(nèi)完成。這一目標(biāo)預(yù)計需投入數(shù)十億美元。

相較于用數(shù)字電路實現(xiàn)比特0和1的經(jīng)典計算機，量子計算機采用既能表示0 和1 的“量子比特”編碼 。這樣使得量子計算機不僅能將龐大的數(shù)據(jù)進行匯總處理，還能通過少量的計算得出答案。量子計算機能在幾分鐘內(nèi)解決超級計算機需要運行上億年才能解決的問題，具有巨大的破壞力。

然而，目前“不到100個”量子比特的量子計算機還不足以解決這些難題。谷歌計劃將量子比特數(shù)增加到“100萬個”，這就需要克服如何實現(xiàn)量子計算糾錯等重大難題。克服了量子糾錯這一最大難題。

隨著量子比特數(shù)的增加，量子計算機的內(nèi)部布線和控制就會變得更難。就像現(xiàn)在的計算機因為晶管的出現(xiàn)而取得了飛躍性的進步一樣，量子計算機也需要“規(guī)?；钡募夹g(shù)革新。

為了克服這一難點，谷歌將在加州的圣巴巴拉建立一個新的研究基地，加強開發(fā)系統(tǒng)。

美國的IBM也在加速發(fā)展。它們計劃在2023年將量子比特數(shù)從目前的65個增加到1000多個。為了不被谷歌打敗，對錯誤的對應(yīng)方案十分迫切。

世界上只有少數(shù)單位能夠制造量子計算機，而美國擁有壓倒性的優(yōu)勢。不過，雖然谷歌和IBM一直在引領(lǐng)由零電阻超導(dǎo)路線組成的量子計算技術(shù)研發(fā)，中國已經(jīng)開始威脅其地位。
今年5月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊宣布開發(fā)了超導(dǎo)量子計算機“祖沖之號”。雖然它仍然在原型機水平，但量子比特數(shù)達到62位，處于世界領(lǐng)先水平。其研究結(jié)果發(fā)表在世界著名科學(xué)雜志《Science》上。

除了超導(dǎo)路線，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在2020年還利用光子實現(xiàn)了僅次于谷歌的量子優(yōu)越性。可以看出，中國的實力正在迅速增強。

一些商業(yè)巨頭，比如阿里巴巴，也在研發(fā)量子計算機。2015年，它們與中國科學(xué)院聯(lián)合成立“中國科學(xué)院-阿里巴巴量子計算實驗室”。2018年開始提供量子計算云服務(wù)，并在擴大其發(fā)展范圍。

如果量子計算機生產(chǎn)出突破性的電池和藥品，企業(yè)的競爭環(huán)境將會徹底改變。隨著它的不斷發(fā)展，終將能打破當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)通信的加密體系，并影響到整個安全性體系。哪個國家能夠掌握量子科技，就將擁有下一個科技霸權(quán)。

新興勢力的崛起也很明顯。一個典型的例子是軟銀愿景基金投資的美國量子計算公司IonQ。他們正在研究一項利用帶電原子（離子）制造量子比特的“離 子阱”技術(shù)。

離子方法具有非常好的穩(wěn)定性。開展量子計算機相關(guān)業(yè)務(wù)的blueqat公司CEO湊雄一郎指出:“隨著技術(shù)的迅速進步，全世界的關(guān)注度越來越高?！?/p>

根據(jù)波士頓咨詢集團數(shù)據(jù)，到2050年，量子計算機有潛力產(chǎn)生高達8500億美元的利潤。即使那時候硬件還未完成，也有望在數(shù)年內(nèi)實現(xiàn)部分產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。因此，即使這些很早進入行業(yè)的企業(yè)之間競爭也十分激烈。

存在于日本的“模擬量子計算機”?富士通和日立

谷歌和美國其他公司正在研制一種基于“量子門”的量子計算機。日本的富士通于2020年開始了該方法的開發(fā)。它可用于通用計算，但開發(fā)難度高。

還有一種叫做“量子退火”的方法，有望盡快投入使用。該技術(shù)是基于東京工業(yè)大學(xué)特聘教授西森秀稔的研究而開發(fā)的，尤其在日本受到了很高的期望。由加拿大的D-Wave Systems開發(fā)市場，日本電氣股份有限公司進行相關(guān)研發(fā)。這種量子計算機的特點是從大量的選項中高速搜索最優(yōu)解，也被認(rèn)為是一種特定的量子計算機。

能與量子退火方法競爭的是富士通、日立和東芝所關(guān)注的“偽量子計算機”。 它們的共同之處在于都能有效地找到了最優(yōu)解，但區(qū)別在于量子模擬器是以現(xiàn)有的計算機技術(shù)作為硬件。“偽”這個字即表示它包含了量子退火的思想。

盡管“偽量子計算機”是一種特殊的計算機，它仍能在物流、醫(yī)療、金融等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。比如，制藥公司PeptiDream 將利用富士通的偽量子計算機開發(fā)針對新型冠狀病毒的治療劑，具體而言是通過從大量化合物中篩選候選藥物，讓研究人員能多次重復(fù)實驗，這樣大幅縮短了搜索時間，把以往需要大約半年的時間壓縮到了大約半天。

KDDI研發(fā)實驗室則利用日立技術(shù)，從龐大的基站和頻帶的組合中將無線電波快速地分配給移動電話公司，時間減少到傳統(tǒng)方法的1/2000。東芝已經(jīng)開始驗證用于股票市場的高速交易 (HFT)。