量子计算机控制系统问世

日前，中国科学技术大学郭光灿院士团队宣布，基于对半导体及超导量子比特的长期研究，成功研制出一套精简、高效的量子计算机控制系统。这套被命名为本源量子测控一体机的系统，可以实现对量子芯片的操控并发挥其性能优势。

尽管到目前为止，全球第一台能够实用的量子计算机离面世还很远，但作为当前国际学界的研究热点领域，量子计算机的控制系统是一大技术难点，不但成本昂贵，而且功能冗余、兼容性和集成度都较差。相较于量子计算机的控制系统的重要性，目前更重要的目标是率先实现“量子霸权”。所谓“量子霸权”是指，当量子计算机发展到50个比特时，计算能力将超越全球最快的传统计算机，实现“称霸”。

按照国家对量子信息科技在“十三五”期间的统筹安排和整体部署，科技创新2030“量子通信与量子计算机”重大项目的必要性和可行性都已得到充分论证。中科院量子信息与量子科技创新研究院也初步统筹了全国高校、科研院所和企业的创新要素和优势资源，为量子信息科学国家实验室的建立奠定了坚实的基础。

今年7月3日，我国首次实现了18个量子比特纠缠，中国科学技术大学潘建伟院士及其同事陆朝阳、刘乃乐、汪喜林等通过调控6个光子的偏振、路径和轨道角动量3个自由度，在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠，刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。谁先夺取“量子霸权”，谁就掌握了技术制高点、标准制定权和舆论主导权，在产业竞争中占据有利地位。在信息时代，量子计算技术一旦突破，掌握这种能力的国家，会在经济、军事、科研、安全等领域迅速建立全方位优势。

“如果完成三个阶段，意味着人类实现了量子计算机的梦想，这将是人类实现第二次信息革命，全面进入量子信息时代的标志。”张文卓对第一财经记者表示。目前，全球都仍处于第一阶段的竞逐中。在美国，从谷歌到IBM，在中国，从阿里巴巴到腾讯，世界顶尖的科技公司都在竞相建造出第一台量子计算机。2017年11月和2018年3月，IBM和谷歌分别宣称实现了50个和72个量子位的原型机。然而两家公司都没有宣布实现“量子霸权”，也没有公开相关测试结果，这意味着在技术上离实际的“量子霸权”还有一定的距离。

尽管在量子技术领域，我国与发达国家的差距并非难以弥合，不过发达国家拥有长期形成的强大半导体工业基础、人才资源储备、精密仪器设备制造能力和高效的科技成果转化链条，国际巨头企业的介入也提供了强大的研发资金保障。而我国在量子计算研究相关的公共技术积累较少，特别是超导微纳加工工艺方面，需要积蓄一段时间才能实现超越式发展。

美国也在积极保持其量子领域的领先地位。去年10月，美国国会举办听证会，讨论如何确保“美国在量子技术领域的领先地位”。IBM宣布将投入30亿美元研发量子计算等下一代芯片，微软公司也与多所大学共建量子实验室。

近日，美国又重申了应在量子领域持续加强投入。美国国家科学、工程和医学学院近日发布报告认为，尽管能够轻松破解当前主流加密算法的量子计算机未来10年内都不太可能出现，但美国若想在量子信息技术领域保持全球领先，还应在该领域继续投入。量子设备可以破解用于保护数字信息的加密。正如一些科学家正在研究量子计算机一样，另一些科学家在研究量子安全技术。这种技术可以阻止这些未来机器的密码破译的能力。

在瑞士日内瓦大学的量子实验室里，第一财经记者看到研究人员正在使用黄色的激光在量子中继的实验。量子中继能够让量子加密的距离得以延伸，虽然并不是量子加密的必要条件。目前量子加密只能在有限的距离内工作。日内瓦大学的研究团队最近还得出了一个新的发现，能够表明有1600万个原子被纠缠在了一立方厘米的水晶中。他们使用了一种新的研究方法，当光子穿过晶体的时候，会使原子在被重新发射前陷入纠缠。通过分析其统计特征和重新发射光子的概率，之后就可以确定1600 万个纠缠原子的数量。这种研究方法对于即将到来的量子革命有着里程碑式的意义。

在大西洋彼岸的芝加哥，芝加哥大学可能是拥有全球最大的量子计算团队的大学。该校的一个量子研究机构同样正在探索量子中继器。芝加哥大学教授戴维·奥沙洛姆（David Awshalom）表示：“我们还没有做成，但我相信这将在未来几年发生。

而中科大潘建伟院士的研究团队也在进行量子存储的实验，并获得了国际上综合性能最好的结果。量子存储是量子中继的核心部分。“实现量子中继的难度堪比量子计算机。”张文卓对第一财经记者表示，“量子中继不但可以让远距离量子加密变得更加安全，更重要的是，可以为未来的量子计算机建立量子网络。”据了解，中科大主要的量子存储实验室位于合肥。

同样确定的是，中国在量子通信加密方面的领先优势也非常明显。美国橡树岭国家实验室前研究员、量子加密技术公司Qubitekk总裁兼CEO邓肯·厄尔（Duncon Earl）表示：“中国把量子研究作为与人工智能等其它尖端技术一样的战略，美国再等就晚了。”

中国已经在量子加密传输数据网络上投入数千万美元资金，2016年8月发射的“墨子号”量子科学实验卫星使用量子加密技术，成功实现了北京和维也纳之间的视频通话，并且使用卫星将量子加密传输的距离扩大到创记录的4630英里，而传统的光纤线路的最大传输距离仅150英里。此外，京沪量子通信地面网络也已经投入使用，建设总长约为1200英里。

欧洲知名量子技术专家、日内瓦大学教授、瑞士著名量子通信企业IDQuantique创始人尼古拉·吉森（Nicolas Gisin）对第一财经记者表示：“和中国所有的重大基础设施项目一样，中国的量子通信项目也得到了中国政府的大力支持。这是中国能够在短时间内迅速赶上并有望超过欧美国家的重要因素。”

“京沪干线的开通运营是中国量子通信一次重大的升级。”潘建伟院士团队的陆朝阳教授表示。使用传统通信方式时，窃听者可以在光纤线路上的每个点拦截数据流进行窃听，不过量子加密技术让长达1200英里的京沪干线上的易受攻击点减少到了几十个。“这不是最终的解决方案，但就安全而言，已经是一个巨大的进步。”

图灵奖获得者姚期智教授此前在接受第一财经记者采访时，对中国研制量子计算机的意义做出评价。他说道：“制造量子计算机的重要性远远超过只研究量子计算，因为这种大工程将会带动技术的进步，通过激发科学家和工程师的潜力，创造出新方法和新技术，从而在工业发展、国家安全等诸多领域中作出有益于社会的贡献。”