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2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

本文作者: 我在思考中 2022-01-20 09:56
導(dǎo)語:從硬件、軟件和算法以及各國政策等方面展現(xiàn)量子技術(shù)最新進(jìn)展。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

從硬件、軟件和算法以及各國政策等方面展現(xiàn)量子技術(shù)最新進(jìn)展。
作者丨杏花

編輯丨青暮

超導(dǎo)量子計(jì)算過去宣稱實(shí)現(xiàn)的量子霸權(quán)在最新的獲得戈登貝爾獎(jiǎng)被宣告打破,但谷歌和IBM依然在這一領(lǐng)域有著雄心勃勃的計(jì)劃。

離子阱則憑借高保真的量子比特,在穩(wěn)步前行,探索多樣化的技術(shù)路線;中性原子與之類似,但具有更好的可擴(kuò)展性,這也是離子阱一直無法與超導(dǎo)量子比特相比的地方。硅量子點(diǎn)作為硅基技術(shù)的自然進(jìn)階,2021年也實(shí)現(xiàn)了目前為止最低的量子噪聲。

2021年表現(xiàn)最為亮眼的當(dāng)屬光量子比特,“九章二號”實(shí)現(xiàn)了比全球最快超算快10^24倍的計(jì)算速度,達(dá)成“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑。下一步,中科大團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始朝量子糾錯(cuò)進(jìn)發(fā),而量子糾錯(cuò)正是量子計(jì)算機(jī)邁向?qū)嵱玫囊淮笳系K。

以上技術(shù)路線都要求接近絕對零度的環(huán)境,而金剛石NV色心可以在環(huán)境溫度下工作,在快速落地上也被寄予厚望,比如生物醫(yī)療等領(lǐng)域就出現(xiàn)了頗為可喜的進(jìn)展。

2021年至今,全球量子計(jì)算的當(dāng)下現(xiàn)狀如何,形成了什么局面,未來會(huì)如何發(fā)展?且看本文從硬件、軟件和算法以及各國政策等方面展現(xiàn)的量子技術(shù)最新進(jìn)展。



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量子計(jì)算簡介

量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式。在理解量子計(jì)算的概念時(shí),通常將它和經(jīng)典計(jì)算相比較。

經(jīng)典計(jì)算使用二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算,每個(gè)計(jì)算單元(比特)總是處于0或1的確定狀態(tài)。量子計(jì)算的計(jì)算單元稱為量子比特,它有兩個(gè)完全正交的狀態(tài)0和1。

同時(shí),由于量子體系的狀態(tài)有疊加特性,能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算基矢狀態(tài)的疊加,因此不僅其狀態(tài)可以有0和1,還有0和1同時(shí)存在的疊加態(tài),以及經(jīng)典體系根本沒有的量子糾纏態(tài),即在數(shù)學(xué)上的多量子比特體系波函數(shù)不能進(jìn)行因式分解的一種狀態(tài)。

一臺(tái)擁有4個(gè)比特的經(jīng)典計(jì)算機(jī),在某一時(shí)間僅能表示16個(gè)狀態(tài)中的1個(gè),而有4個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)表示這16種狀態(tài)的線性疊加態(tài),即同時(shí)表示這16個(gè)狀態(tài)。

隨著量子比特?cái)?shù)目的遞增,一個(gè)有n個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)處于2^n種可能狀態(tài)的疊加,也就是說,可以同時(shí)表示這2的n次方數(shù)目的狀態(tài)。

在此意義上,對量子計(jì)算機(jī)體系的操作具有并行性,即對量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)操作,實(shí)現(xiàn)的是對2的n次方數(shù)目種可能狀態(tài)的同時(shí)操作,而在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中需要2的n次方數(shù)目的操作才能完成。因此,在原理上,量子計(jì)算機(jī)可以具有比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更快的處理。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

  1. 量子計(jì)算機(jī)

經(jīng)典計(jì)算機(jī)體積縮小和性能提升來源于計(jì)算機(jī)芯片集成度的提高。隨著計(jì)算機(jī)元器件從電子管到晶體管再到大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展,如今的計(jì)算機(jī)可以薄如一張紙,運(yùn)算速度也能很好地滿足需求。

然而,大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨以及人工智能的發(fā)展,使得經(jīng)典計(jì)算機(jī)的能力越來越不能滿足海量數(shù)據(jù)處理的需求,目前主要有兩個(gè)方面制約經(jīng)典計(jì)算機(jī)發(fā)展:能耗問題和芯片高集成化的極限。

1961年,IBM 的 Rolf Landauer 提出了信息和能量的方案,這就是著名的 Landauer 原理:每刪除一比特的信息,需要消耗一定的能量。消耗的能量隨后會(huì)成為熱量,因此散熱問題是制約芯片集成化程度的一個(gè)重要問題。若要解決熱量耗散問題,則必須在計(jì)算過程中采用可逆計(jì)算避免信息的擦除。

同時(shí),經(jīng)典體系與量子體系服從不同的規(guī)律,經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法滿足量子體系的計(jì)算需要?,F(xiàn)在對量子體系的計(jì)算都是在經(jīng)過大量簡化后才得以進(jìn)行。因此,物理學(xué)家 Richard Phillips Feynman 提出使用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行量子模擬。

再者,微處理芯片的密度日趨極限,其中晶體管的密度越來越大,每個(gè)晶體管的體積越來越小,已經(jīng)接近物理上所允許的極限,摩爾定律失效。當(dāng)晶體管只由少數(shù)原子組成時(shí),經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律不再適用,量子效應(yīng)將導(dǎo)致晶體管無法正常工作?;谝陨显颍孔佑?jì)算機(jī)概念被提出。

從應(yīng)用范圍的角度,量子計(jì)算機(jī)可分為通用量子計(jì)算機(jī)和專用量子計(jì)算機(jī)。通用機(jī)用于解決普遍問題,需要上百萬甚至更多物理比特,并具備容錯(cuò)能力、以及各類軟件算法的支撐,其實(shí)用化將是長期漸進(jìn)過程。專用機(jī)用于解決特定問題,只需相對少量的物理比特和特定量子算法,實(shí)現(xiàn)相對容易且存在市場價(jià)值。業(yè)內(nèi)專家預(yù)測,未來五年左右量子專用機(jī)有可能在模擬、優(yōu)化等領(lǐng)域率先取得突破。

  1. 量子計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域

目前普遍預(yù)測量子計(jì)算有望在以下三個(gè)場景較早落地。第一個(gè)領(lǐng)域是模擬量子現(xiàn)象,量子計(jì)算可以為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬、藥物研發(fā)、新型材料研究、新型半導(dǎo)體開發(fā)等提供有力工具。生物醫(yī)藥、化工行業(yè)、光伏材料行業(yè)開發(fā)環(huán)節(jié)存在對大量分子進(jìn)行模擬計(jì)算的需要,經(jīng)典計(jì)算壓力已經(jīng)顯現(xiàn)。

第二個(gè)領(lǐng)域是人工智能相關(guān)領(lǐng)域。人工智能對算力需求極大,傳統(tǒng)CPU芯片越來越難以勝任。通過開發(fā)新的量子算法,構(gòu)建優(yōu)秀的量子機(jī)器學(xué)習(xí)模型,促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。

第三個(gè)領(lǐng)域是密碼分析。加密和破譯密碼是歷史長河中的不間斷主題。量子計(jì)算破譯了RSA等公開密鑰體系,而密碼學(xué)家又構(gòu)造了新的公開密碼體系,而現(xiàn)在的密碼體系的絕對安全性還沒有得到證明。

因此,基于算法的密碼體系的安全性一直受到可能被破譯的威脅。開展密碼破譯具有重要的戰(zhàn)略意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)對量子計(jì)算對通信安全攻擊的另外一種手段是量子保密通信,主要包括量子密鑰分發(fā)、量子直接通信。

自量子計(jì)算機(jī)概念提出,科學(xué)家就開始致力于研制量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體。至今已經(jīng)提出了多種可能實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算的物理平臺(tái),如超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、離子阱量子計(jì)算機(jī)、固態(tài)核自旋量子計(jì)算機(jī)和拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)等等。這些物理平臺(tái)各有優(yōu)勢和缺點(diǎn),一些方案已被淘汰,而大浪淘沙后剩下的幾種主要方案,如超導(dǎo)量子計(jì)算、離子阱量子計(jì)算、中性原子量子計(jì)算等等近年來發(fā)展較快。



2

量子計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)展

實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的物理平臺(tái)要有編碼量子比特的物理載體,使不同量子比特之間可以可控地耦合,并對噪聲環(huán)境影響有一定的抵抗力。目前研發(fā)的主要方案有超導(dǎo)、離子阱、中性原子、硅量子、光量子和金剛石色心等。

  1. 超導(dǎo)量子計(jì)算

超導(dǎo)量子計(jì)算利用超導(dǎo)系統(tǒng)的量子態(tài)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。它的優(yōu)點(diǎn)是與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)兼容,但是,超導(dǎo)量子系統(tǒng)工作對物理環(huán)境要求較高,需要超低溫。許多科研機(jī)構(gòu)和國際大公司采用這一系統(tǒng),如谷歌、IBM 等。

谷歌:在持續(xù)重金投入量子計(jì)算多年以后,2018 年 3 月,谷歌宣布推出 72 量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī),他們發(fā)布的主要指標(biāo)是單比特操作的誤差是 0.1%,雙比特門操作的誤差是 0.6%。

2019年10月,谷歌在《自然》上發(fā)表一篇文章,稱其開發(fā)出一款 54 量子比特?cái)?shù)的超導(dǎo)量子芯片 Sycamore?;谠撔酒?,谷歌對一個(gè)53比特、20深度的電路采樣一百萬次只需200秒。而目前最強(qiáng)的經(jīng)典超級計(jì)算機(jī) Summit 要得到類似的結(jié)果,則需要一萬年。基于這一突破,谷歌宣稱其率先實(shí)現(xiàn)了「量子霸權(quán)」。

在今年的量子夏季研討會(huì)上,谷歌再次強(qiáng)調(diào)了其計(jì)劃的連續(xù)性,并概述了他們計(jì)劃在 2029 年前建立一個(gè)擁有 100 萬個(gè)物理超導(dǎo)量子比特的「小型」FTQC 的里程碑。雖然谷歌首選的可調(diào)諧量子比特和快速邏輯門提供了極大的靈活性和性能,但是 Sycamore53Q 設(shè)備的校準(zhǔn)顯然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

有了額外的控制,就需要在芯片上和芯片外路有額外的控制線。縮放比例會(huì)自動(dòng)增加布線的挑戰(zhàn)和元件數(shù)量與總體故障率之間的關(guān)系。此外,谷歌在2020年報(bào)告的大部分工作都使用了Sycamore的23Q配置,因?yàn)樽詣?dòng)校準(zhǔn)最初無法在較大的設(shè)置中提供可接受的2Q門性能。谷歌將材料研究作為提高量子比特相干時(shí)間的一種方法。盡管前景很好,但這需要科學(xué)的進(jìn)步,而不僅僅是工程上的進(jìn)步。

值得一提的是,2021年11月18日,中國團(tuán)隊(duì)在2021戈登貝爾獎(jiǎng)上奪冠,獲獎(jiǎng)應(yīng)用超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時(shí)模擬(SWQSIM),可在304秒內(nèi)得到百萬更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本,在一星期內(nèi)得到同樣數(shù)量的無關(guān)聯(lián)樣本,打破谷歌所宣稱的「量子霸權(quán)」。參見:2021戈登貝爾獎(jiǎng)揭曉!中國超算應(yīng)用一舉奪冠,打破谷歌所謂“量子霸權(quán)”!

谷歌路線圖:從現(xiàn)在到 2029 年:102Q(邏輯量子比特原型)、103Q(一個(gè)邏輯量子比特)、104Q(可平鋪邏輯模塊)、105Q(工程擴(kuò)大)、106Q(糾錯(cuò)量子計(jì)算機(jī))。通過表面代碼協(xié)議進(jìn)行錯(cuò)誤糾正。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

圖注:谷歌路線圖

IBM:IBM 很早就開始為其路線圖打下基礎(chǔ)。2016 年,IBM 推出 5 個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算平臺(tái),打破了從 1998 年以來超導(dǎo)量子比特體系研究一直徘徊在 2 個(gè)量子比特的局面,開啟了國際上量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的第二次高潮。2017年11月,IBM 宣布研制成功 50 量子比特的量子計(jì)算機(jī)原理樣機(jī),并在 2018 年初的 CES 大會(huì)現(xiàn)場展示。

IBM 是推動(dòng)教育更廣泛的社區(qū)先行者,重要的不僅是量子比特?cái)?shù)量,還有量子比特連接、門集和可實(shí)現(xiàn)的電路深度。基于這些屬性,IBM 引入衡量量子計(jì)算機(jī)性能的指標(biāo)——量子體積(QV)。2017 年以來,IBM 已交付了 28 款性能穩(wěn)步提高的系列設(shè)備。每年 QV 翻一番的既定目標(biāo),他們在過去一年中實(shí)現(xiàn)兩次。

2021 年 11 月 15 日,IBM 推出全球首個(gè)超過100量子比特的超導(dǎo)量子芯片——Eagle,該量子芯片擁有 127 個(gè)量子比特,采用了全新的芯片架構(gòu),基于 IBM 之前公布的六邊形量子芯片,堆疊了多層芯片,但減少了之間的鏈接,鏈接越少,干擾就越少,這是量子計(jì)算機(jī)研發(fā)中的重要難點(diǎn)之一。

目前的 Eagle 量子芯片實(shí)現(xiàn)了 127 量子比特,但還只是個(gè)開始,IBM計(jì)劃在未來兩年中分別推出 433 量子比特的 Osprey 芯片及 112 量子比特的 Condor 芯片,屆時(shí)他們量子芯片將實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。

IBM路線圖:2021 年 127Q(Eagle)、2022年433Q(Osprey)、2023年 1121Q(Condor),從而形成 100 萬量子比特的大規(guī)模系統(tǒng)。通過顏色代碼協(xié)議進(jìn)行糾錯(cuò)。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

圖注:IBM路線圖

至于國內(nèi)進(jìn)展,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)研制出 66 比特的可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)祖沖之2.0,通過操控其上的 56 個(gè)量子比特,在隨機(jī)線路采樣任務(wù)上實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算優(yōu)越性,所完成任務(wù)的難度比 Sycamore 高 2—3 個(gè)數(shù)量級。前段時(shí)間,潘建偉研究團(tuán)隊(duì)又有了新的進(jìn)展,通過操控其上的 60 個(gè)量子比特,祖沖之2.1 所完成任務(wù)的難度比祖沖之2.0 又高出了 3 個(gè)數(shù)量級。

  1. 離子阱

離子阱體系的優(yōu)勢在于其有較好的封閉性,退相干時(shí)間較長,制備和讀出效率較高,離子阱體系在一定程度上可以滿足量子計(jì)算機(jī)的多個(gè)條件,而可擴(kuò)展性問題是基于離子阱系統(tǒng)的量子計(jì)算的主要障礙。國際上開發(fā)該系統(tǒng)的研究組有霍尼韋爾、IonQ等等。

霍尼韋爾:2020 年,霍尼韋爾成為第一個(gè)用其 6Q H0 和 10Q H1 處理器達(dá)到 QV 64 和 QV 128 的廠商。有些人可能會(huì)想,10Q 處理器怎么能聲稱自己和 IBM 的 27Q 處理器一樣強(qiáng)大呢?這恰恰凸顯了離子阱研究者長期以來所闡述的兩個(gè)優(yōu)勢:與超導(dǎo)量子比特方法相比,它有優(yōu)越的連接性和更高的門保真度。這兩個(gè)優(yōu)勢可以保證更高的 QV?;裟犴f爾處理器也是首款實(shí)現(xiàn)中間電路測量的處理器,進(jìn)一步提高了靈活性。

霍尼韋爾路線圖(不同的量子比特布局):2020-2030年,H1(線性離子阱),H2(跑道布局),H3(網(wǎng)格布局),H4(集成光學(xué)元件),H5(大規(guī)模平鋪)。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

圖注:霍尼韋爾路線圖

IonQ:2018 年 12 月,IonQ 推出了一個(gè)離子阱體系量子計(jì)算機(jī)原型系統(tǒng),其主要技術(shù)指標(biāo)如下:量子比特?cái)?shù)目方面,最多可以加載160個(gè)量子比特,能夠進(jìn)行單個(gè)比特操作的是79個(gè)量子比特,能夠進(jìn)行雙比特操作的是11個(gè)量子比特??删幊塘孔佑?jì)算方面,實(shí)現(xiàn)了5個(gè)比特的可編程計(jì)算,在5比特上實(shí)現(xiàn)了4種量子算法。

2020年,IonQ 宣布了一款 32Q 設(shè)備,他們希望獲得比以前高得多的 QV,盡管他們現(xiàn)在更喜歡談?wù)撘环N新的衡量指標(biāo)——算法量子比特(AQ)。算法量子位比特(AQ)——IonQ 定義為可用于計(jì)算的有效量子比特的數(shù)量(注意:可用邏輯門深度仍有限)。在沒有糾錯(cuò)編碼的情況下,AQ = log 2(QV)。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

圖注:IonQ路線圖

離子阱系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是,與超導(dǎo)量子比特相比,它們提供的門速度要慢得多(通常慢100到1000倍)。他們希望通過更長的量子比特壽命和更高的保真度來彌補(bǔ)這一點(diǎn),從而減少糾錯(cuò)成本。

IonQ 相信,高保真的物理量子比特足以使得離子阱比其他方法更快實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢。對于離子阱系統(tǒng)而言,真正的長期挑戰(zhàn)是再次擴(kuò)大規(guī)模,尤其是在它們依賴精細(xì)調(diào)諧的激光系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)其高保真量子比特門的情況下。就像超導(dǎo)量子比特方法不同一樣,離子阱也不盡相同。

例如,奧地利公司 AQT ,他們沒有使用霍尼韋爾和 IonQ 使用的在超精細(xì)躍遷上定義的量子比特,而是使用在光學(xué)躍遷上定義的量子比特。雖然保真度稍低,但這種量子比特的工作波長是集成光子組件易于制造的波長,因此有望實(shí)現(xiàn)更容易的擴(kuò)展。2020 年,這種集成設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室中以這些波長進(jìn)行了演示。AQT 與歐洲量子技術(shù)(QT)旗艦計(jì)劃、AQTION 合作,首次構(gòu)建完整的「機(jī)架系統(tǒng)」。

其他離子阱初創(chuàng)公司的目光也不再局限于激光驅(qū)動(dòng)的門。Universal Quantum、NextGenQ 和 QT 旗艦計(jì)劃的 MicroQC 正在尋求將遠(yuǎn)場微波門帶出實(shí)驗(yàn)室,并應(yīng)用到商業(yè)設(shè)備。與激光驅(qū)動(dòng)門的許多關(guān)鍵性能記錄密切相關(guān)的 Chris Balance 和 Thomas Harty,已選擇以自己的初創(chuàng)公司作為基礎(chǔ),建立近場微波門,如 Oxford Ionics。

離子阱架構(gòu)通常使用模塊之間的光子互連進(jìn)行擴(kuò)展。最近已經(jīng)出現(xiàn)了更快的互連,但似乎仍然是一個(gè)性能瓶頸。另一方面,Universal Quantum 已經(jīng)證明他們的離子穿梭方法原則上可以提供類似于全連接的 QV。

  1. 中性原子

中性原子又叫作冷原子,因?yàn)樗褂眉す饫鋮s和高度真空來達(dá)到毫開(mK)的溫度,遠(yuǎn)低于低溫冷卻的范圍。該技術(shù)與離子阱有許多相同的特性,它們的優(yōu)點(diǎn)是中性原子可以被包裹得更緊密。這意味著可以更快地?cái)U(kuò)展到 1000Q 模塊。

ColdQuanta 是采用這種方法的知名公司,已經(jīng)推出了 QuantumCore 作為一個(gè)基本單元,以瞄準(zhǔn)許多量子領(lǐng)域的機(jī)會(huì)。它也是云上的量子物質(zhì)系統(tǒng) Albert 的基礎(chǔ)。ColdQuanta 已經(jīng)被 DARPA(美國國防高級研究計(jì)劃局)選中,作為 ONISQ 計(jì)劃的一部分,參與 1000Q 處理器的開發(fā)工作,該獎(jiǎng)項(xiàng)的價(jià)值高達(dá) 740 萬美元。

ColdQuanta 路線圖:到 2021 年達(dá)到 100Q,到 2022 年達(dá)到 300Q,到 2024 年達(dá)到 1000Q。其他選擇中性原子的公司還有 QuEra、Paswal 和 Atom Computing 等。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

  1. 硅量子點(diǎn)

2020 年,QuTech 和新南威爾士大學(xué)(UNSW)在 1K 的溫度下用金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)量子點(diǎn)演示了量子比特操作。這有望成為一個(gè)操作和擴(kuò)大設(shè)備規(guī)模明顯更容易的機(jī)制,盡管在這些更高的溫度下,相干時(shí)間和保真度是否具有競爭力仍有待觀察。

澳大利亞初創(chuàng)公司 Silicon Quantum Computing 一直是硅量子比特的早期推動(dòng)者。2020 年,它宣布了其路線圖的重點(diǎn),放棄了 MOS 量子點(diǎn),并加碼了磷原子量子比特。這些設(shè)備使用超尖端制造技術(shù),提供了超越傳統(tǒng) CMOS 技術(shù)的原子精度方法。

在描述 SQC 的制造技術(shù)時(shí),其創(chuàng)始人Michelle Simmons指出不僅能夠以原子精度設(shè)計(jì)量子比特,而且同樣的技術(shù)可以在同一器件襯底內(nèi)創(chuàng)建穩(wěn)定、簡單和原始的控制線路。2021年,他們報(bào)道了硅量子比特實(shí)現(xiàn)迄今為止最低的噪聲。

2020 年,加拿大初創(chuàng)公司 Photonic Inc 發(fā)表了早期的研究,承諾給硅量子比特「軍械庫」增加一個(gè)重要的新工具。這有望改善基于硅中 T-centre 缺陷的光子的界面。

  1. 光量子比特

中國的九章實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明光量子比特可以實(shí)現(xiàn)比迄今為止在任何其他平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的都要復(fù)雜的計(jì)算。九章通過實(shí)現(xiàn)一種被稱為高斯玻色取樣的算法來實(shí)現(xiàn)這點(diǎn),成功構(gòu)建了 76 個(gè)光子 100 個(gè)模式的高斯玻色采樣量子計(jì)算原型機(jī)。在 200 秒的時(shí)間里產(chǎn)生的輸出樣本,聲稱世界上最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī) Fugaku 需要 6 億年才能實(shí)現(xiàn)。它的復(fù)雜程度大大超過了 Sycamore 最初的量子優(yōu)勢(量子霸權(quán))演示。

九章并非憑空而來。至少從 2006 年起,中國就一直在增加對量子技術(shù)的投資。2019 年,潘建偉團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn) 20 個(gè)光子 60 個(gè)模式干涉線路的玻色取樣量子計(jì)算。2021 年 10 月,他們又宣布了一則令人激動(dòng)的消息:量子計(jì)算原型機(jī)“九章二號”研制成功。這意味著我國已成為世界上唯一在兩種物理體系達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑的國家。

與目前全球最快的超級計(jì)算機(jī)相比,“九章二號”求解高斯玻色取樣數(shù)學(xué)問題要快 10 的 24 次方倍(億億億倍)。陸朝陽教授解釋稱,團(tuán)隊(duì)把之前九章光量子計(jì)算機(jī)的光子增加至 113 個(gè),從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍,“我們主要有三大突破,首先顯著提高了量子光源的產(chǎn)率、品質(zhì)和收集效率,將光源關(guān)鍵指標(biāo)從 63% 提升到 92%。其次,將多光子量子干涉線路從 100 維度增加到 144 維度,操縱的光子數(shù)從 76 個(gè)增加到 113 個(gè)。第三,新增了可編程功能”。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

圖注:“九章二號”整體裝置圖

潘建偉院士表示,團(tuán)隊(duì)的下一步任務(wù)是實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò),并在這個(gè)基礎(chǔ)上,借助一些專用的量子計(jì)算機(jī)或量子模擬機(jī)解決一些具有重大應(yīng)用價(jià)值的科學(xué)問題。

  1. 金剛石 NV 色心

金剛石 NV 色心可以在環(huán)境溫度下操作,雖然靈敏度不高,但卻可以實(shí)現(xiàn)小型化,并且其毒性質(zhì)使其特別適合現(xiàn)場生物測量。Qnami 受益于量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目 ASTERIQS 的參與。該項(xiàng)目的合作伙伴還包括泰雷茲集團(tuán)、博世、NVision 和比利時(shí)微電子研究中心,他們各自在金剛石技術(shù)上尋求不同的應(yīng)用。

HP-MRI 是一種先進(jìn)的核磁共振診斷技術(shù),可以追蹤注入人體的糖分并顯示糖分變成什么。例如,在報(bào)告胸痛的患者中區(qū)分有生命或無生命的心臟組織時(shí)很有用。但是,由于生產(chǎn)該方法消耗的超極化分子緩慢且昂貴,因此該技術(shù)未被廣泛采用。使用金剛石 NV 色心有望實(shí)現(xiàn)更快、成本效益更高且可部署的解決方案。

量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目 MetaboliQs 正在尋求開發(fā)基于 NV 金剛石的 HP-MRI 技術(shù)。他們最近從概念驗(yàn)證轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅芴岣吡?1000 倍的原型。政府計(jì)劃將在加速該技術(shù)適應(yīng)各種應(yīng)用方面發(fā)揮重要作用。



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量子計(jì)算軟件進(jìn)展

軟件是連接人與機(jī)器的橋梁,通過軟件才能發(fā)揮機(jī)器的作用。在數(shù)字革命中,軟件被認(rèn)為是至關(guān)重要的商業(yè)競爭領(lǐng)域,許多人期望在新的量子革命中同樣如此。各種各樣的參與者正在研究不同的策略。如今,早期的量子社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)初步形成。

  1. 量子計(jì)算云服務(wù)

IBM Q:過去四年中,IBM Cloud 上部署了 28 個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng),其中 8 個(gè)系統(tǒng)的量子體積達(dá)到 32。IBM Q Network 擁有 115 家客戶、政府、初創(chuàng)企業(yè)、合作伙伴及高校成員。IBM Quantum Experience 注冊用戶數(shù)超過 25 萬,用戶定期通過 IBM Cloud 在 IBM 量子系統(tǒng)運(yùn)行電路超過 10 億。研究人員利用 IBM 量子系統(tǒng)已發(fā)表 250 多篇學(xué)術(shù)論文。IBM 用于商業(yè)的量子計(jì)算機(jī)服務(wù) IBM Q 取得了階段性的成功。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

當(dāng)其他競爭者開始建立自己的量子社區(qū)時(shí),IBM 也不例外。他們指出在不斷發(fā)展的供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)中,可以提供與 Qiskit 兼容的庫和工具,而不只是 IBM 硬件。2021 年 11 月 1 日,IBM 提出了一個(gè)度量量子性能的新指標(biāo)-CLOPS(Circuit Layer Operations Per Second),稱之為每秒線路層操作數(shù),即衡量處理器可以執(zhí)行與用于測量量子體積的相同類型的參數(shù)化模型線路層的速度。

除 IBM 外,D-Wave 在 2018 年 10 月推出了 Leap 云平臺(tái),基于 D-Wave 量子退火處理器提供量子計(jì)算云服務(wù)。量子計(jì)算先驅(qū) Rigetti Computing 推出了Rigetti 量子云服務(wù)(QCS),一個(gè)利用 Rigetti 的混合量子及經(jīng)典方法開發(fā)和運(yùn)行量子算法的完整平臺(tái)。

量子優(yōu)勢是使用量子計(jì)算技術(shù)解決重要或有價(jià)值的業(yè)務(wù)問題。最近,越來越多實(shí)力雄厚的量子公司開始投入量子云服務(wù)平臺(tái)的研發(fā)當(dāng)中。亞馬遜 AWS 發(fā)布量子計(jì)算服務(wù) Braket,此外,AWS 還將啟動(dòng) AWS 量子計(jì)算中心和亞馬遜量子解決方案實(shí)驗(yàn)室,推動(dòng)更多量子計(jì)算的合作。

  1. 高性能模擬器

對于量子開發(fā)來說,高性能模擬是關(guān)鍵一環(huán)。隨著要模擬的量子比特?cái)?shù)量增加,量子模擬器的開發(fā)迫在眉睫。IBM Quantum 支持一系列離線和在線模擬器。谷歌的高性能開源量子電路模擬器 Qsim 已證明能在 111 秒內(nèi)在一個(gè)谷歌云節(jié)點(diǎn)中以 14 柵極深度模擬一個(gè) 32 量子比特量子電路。Amazon Braket 和 Azure Quantum 則非常重視靈活配置傳統(tǒng)云硬件以滿足用戶需求的能力。Amazon Braket 提供完全托管的高性能張量網(wǎng)絡(luò)模擬器 (TN1),這種基于張量網(wǎng)絡(luò)的電路模擬器可以支持高達(dá) 50 個(gè)量子比特的量子計(jì)算模擬。

Atos 是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的全球領(lǐng)導(dǎo)者,同時(shí)也是第一個(gè)成功模擬量子噪聲的公司。其開發(fā)的量子模擬器Atos 量子機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)(Atos QLM)被稱為世界上性能最好的商用量子模擬器,該模擬器將高功率、超緊湊的機(jī)器與通用編程語言相結(jié)合,使研究人員和工程師能夠開發(fā)和試驗(yàn)量子軟件。Atos 已在奧地利、丹麥、法國、德國、荷蘭和美國等國家安裝了量子學(xué)習(xí)機(jī),量子模擬器能夠模擬多達(dá) 40 個(gè)量子比特。

國內(nèi)云產(chǎn)品目前強(qiáng)調(diào)研發(fā)量子計(jì)算模擬器。華為的 HiQ 2.0(出于監(jiān)管原因僅在亞洲使用)最多可模擬 42 量子比特 。阿里巴巴的 AC-QDP 聲稱即使在 50 量子比特時(shí)也可用于某些應(yīng)用。本源量子最近通過訪問 6 比特量子處理器之一(計(jì)劃擴(kuò)展到 24 比特,正在進(jìn)行中)推出了基于真實(shí)量子計(jì)算機(jī)的云。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

  1. 量子編譯器

與傳統(tǒng)編譯器相比,優(yōu)化量子編譯器是量子研發(fā)階段的一大挑戰(zhàn)。量子計(jì)算設(shè)備存在物理量子比特之間的有限連接,使得只能在有限的量子比特對上應(yīng)用雙門。現(xiàn)實(shí)世界中的量子設(shè)備是存在噪音的,但是可以研發(fā)一種用于表征大型量子計(jì)算機(jī)噪聲的算法以解決這一問題。從技術(shù)上講,我們實(shí)際上經(jīng)常在談?wù)撧D(zhuǎn)碼操作,因此互操作性是一個(gè)有用的功能。

編譯器市場中出現(xiàn)了幾個(gè)富有前景的方向,都是建立在深厚的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)上,這些專業(yè)知識(shí)在許多情況下是互補(bǔ)而不是競爭。隨著在早期在量子硬件上實(shí)施糾錯(cuò)代碼的競爭日漸激烈,編譯器創(chuàng)新又將迎來新的浪潮。

  1. 量子操作系統(tǒng)

量子軟件行業(yè)的前景令人印象深刻,但是在量子計(jì)算機(jī)硬件高速增長的今天,如果沒有操作系統(tǒng),量子計(jì)算機(jī)的實(shí)用性將會(huì)大打折扣。

Deltaflow.OS是一個(gè)新的全棧量子操作系統(tǒng)。由量子計(jì)算軟件開發(fā)商 Riverlane 牽頭的財(cái)團(tuán)從英國政府獲得 760 萬英鎊的撥款,用于部署高度創(chuàng)新的量子操作系統(tǒng) Deltaflow.OS。與其他旨在吸引早期用戶的軟件平臺(tái)形成鮮明對比的是,Deltaflow.OS 解決了一個(gè)非常重要的問題:實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的交互,并充分利用量子計(jì)算性能。為此,它提供了加速開發(fā)、低延遲以及在應(yīng)用程序和控制層之間進(jìn)行靈活交互的潛力。

Deltaflow.OS:量子處理器通常由常規(guī)主機(jī)處理器驅(qū)動(dòng)。在這兩者之間,設(shè)想一個(gè)由全局和本地控制節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)。Deltaflow.OS 簡化了將自定義代碼獲取到由 FPGA 實(shí)現(xiàn)的控制節(jié)點(diǎn)上的任務(wù),強(qiáng)調(diào)了簡化的指令集實(shí)現(xiàn),這些實(shí)現(xiàn)更易于調(diào)試。這種方法有望縮短研發(fā)周期。它還使用分布式而不是分層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)概念,并公開了整個(gè)量子計(jì)算堆棧的不同元素,這些功能有望最大程度地減少運(yùn)行時(shí)的延遲。

2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

Deltaflow.OS現(xiàn)已發(fā)布第一個(gè)版本,該版本與 ARTIQ(一種流行的離子阱控制系統(tǒng))集成為「Deltaflow-on-ARTIQ」。這是該公司開發(fā)支持量子計(jì)算的技術(shù)的最新里程碑,標(biāo)志著 Riverlane 朝著構(gòu)建高性能、可移植于所有量子比特技術(shù)、可擴(kuò)展到數(shù)百萬量子比特的量子操作系統(tǒng)的目標(biāo)邁出了重要一步。

  1. 量子算法

隨著 IonQ 和霍尼韋爾推出的量子技術(shù)新設(shè)備,人們也在努力探索量子計(jì)算的具體實(shí)現(xiàn)路徑。QC Ware 在 IonQ 的 11 量子比特設(shè)備上展示了他們最近使用的質(zhì)心算法和 Forge 數(shù)據(jù)加載器;Zapata 建了企業(yè)級、量子賦能的軟件,可以針對大量行業(yè)和用戶,允許用戶建立量子工作流,并在一系列量子和經(jīng)典設(shè)備上自由執(zhí)行;Rahko 展示 VQE 和 QML 技術(shù)的有趣組合,在霍尼韋爾 HS0 量子計(jì)算機(jī)上發(fā)現(xiàn)了 2Q 和 4Q 分子的第一個(gè)激發(fā)態(tài)。

VQE(變分量子特征值求解算法):用于模擬化學(xué)反應(yīng)過程——分子級電子能量的 HartreeFock 計(jì)算上。盡管所執(zhí)行的計(jì)算也可以在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上運(yùn)行,但該實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了許多用于量子化學(xué)模擬的關(guān)鍵構(gòu)建模塊,為實(shí)現(xiàn)針對化學(xué)問題的量子計(jì)算鋪平了道路。

化學(xué)公式(Trotterisation):用于模擬 8 位 1D Fermi-Hubbard 模型在材料科學(xué)中很受歡迎。令人驚訝的是,Google 能夠成功實(shí)現(xiàn)量子算法所需的量子電路深度接近 500,比當(dāng)前設(shè)備所期望的深度還要深得多。在多次化學(xué)量子模擬的情況下,Google 展示基于 N 表示性的錯(cuò)誤緩解決策,極大地改善了實(shí)驗(yàn)的有效保真度。

隨機(jī)數(shù)和抽樣:作為早期的量子計(jì)算服務(wù)產(chǎn)品,許多學(xué)者正在研究隨機(jī)數(shù)。

? 可證明的隨機(jī)數(shù)——Google 報(bào)告了通過質(zhì)詢和響應(yīng)協(xié)議提供隨機(jī)數(shù)的進(jìn)展。這是 Google 第一個(gè)用于商業(yè)領(lǐng)域的量子設(shè)備,主要缺點(diǎn)在于成本較高。

? 可驗(yàn)證的隨機(jī)數(shù)——CQC 展示如何使用現(xiàn)有的量子設(shè)備來實(shí)施基于云技術(shù)的 QRNG 服務(wù)。通過 Bell 測試,可驗(yàn)證產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)來自量子源。beta 版 QRNG 服務(wù)已可用于 IBM Quantum 網(wǎng)絡(luò)。但在該協(xié)議中,用戶仍然必須信任云服務(wù)提供商,因此該應(yīng)用程序目前正在與其他擁有 QRNG 解決方案的公司進(jìn)行競爭。

? 高斯玻色取樣——九章提出了「量子優(yōu)越性」這一定義,再次吸引了人們對高斯玻色取樣的關(guān)注,并將其作為早期量子設(shè)備的候選算法。

伯克利的 Umesh Vazirani 將經(jīng)典密碼學(xué)與量子領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)合,解決了量子計(jì)算中最根本的問題之一,即如果你讓一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)為你執(zhí)行一個(gè)計(jì)算,那么你如何確定它確實(shí)執(zhí)行了你的指令,甚至如何得知它是否做了與量子相關(guān)的事情。

優(yōu)化基準(zhǔn)測試 :早期的優(yōu)化算法有 QUBO 和 QAOA 以及在傳統(tǒng)硬件上運(yùn)行的量子啟發(fā)算法。BBVA已完成一系列針對金融領(lǐng)域應(yīng)用的前期項(xiàng)目,其中包括初創(chuàng)公司 Multiverse Computing 和 Zapata。BBVA 與 Multiverse 的合作是動(dòng)態(tài)投資組合優(yōu)化的一個(gè)經(jīng)典案例,該投資組合現(xiàn)在已用于各種早期量子硬件的評估中,包括對 NISQ、量子退火解決方案和量子啟發(fā)算法的測試。BBVA 的結(jié)果表明,量子退火解決方案和量子啟發(fā)算法可以很好地解決投資組合問題。

  1. 量子機(jī)器學(xué)習(xí)算法

許多人認(rèn)為 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)是量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子計(jì)算的未來,就像量子狀態(tài)本身一樣, 仍然是不確定的。但量子計(jì)算的前景是光明的。

IBM 的最新理論工作首次證明,即使僅訪問經(jīng)典數(shù)據(jù),也可以在某些受監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)指數(shù)級加速。QC Ware QC Ware 開發(fā)了兩種類型的數(shù)據(jù)加載器,即并行數(shù)據(jù)加載器和優(yōu)化數(shù)據(jù)加載器,它們都將經(jīng)典數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為量子狀態(tài)以用于機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用,而且還可以使用一種優(yōu)化的距離估計(jì)算法。微軟提出了一個(gè)普遍的觀點(diǎn),為避免「輸入瓶頸」,應(yīng)著眼于「小數(shù)據(jù),大計(jì)算」。例如,CQC成立了一個(gè)團(tuán)隊(duì)來研究量子自然語言處理的相關(guān)問題。

迄今為止,量子機(jī)器學(xué)習(xí)的大部分成功的實(shí)驗(yàn)都采用了一種不同的方法,那些實(shí)驗(yàn)里量子系統(tǒng)不僅只是模擬了網(wǎng)絡(luò);它們本身就是網(wǎng)絡(luò),每個(gè)量子比特代表一個(gè)神經(jīng)元。盡管缺乏指數(shù)化的力量,但是這樣的裝置可以利用量子物理學(xué)的其他特性。



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全球競逐量子信息技術(shù)高地

當(dāng)前,量子技術(shù)研究已成為世界科技研究的一大熱點(diǎn),世界各主要國家高度關(guān)注量子信息技術(shù)發(fā)展,紛紛加大政策和資金支持,力爭搶占新興信息技術(shù)制高點(diǎn)。

  1. 歐盟

歐洲國家很早就意識(shí)到量子信息處理和通信技術(shù)的潛力。2014 年英國已啟動(dòng)「國家量子技術(shù)計(jì)劃」,計(jì)劃投資超過10億英鎊建立量子通信、傳感、成像和計(jì)算四大研發(fā)中心,推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作。2016 年德國提出「量子技術(shù)——從基礎(chǔ)到市場」框架計(jì)劃,并預(yù)計(jì)投資 6.5 億歐元。

2016 年,歐盟推出的「量子技術(shù)旗艦計(jì)劃」,并通過調(diào)整其他計(jì)劃(例如其數(shù)字和太空計(jì)劃)的支出,增加其可用資金,為實(shí)現(xiàn)未來的「量子互聯(lián)網(wǎng)」遠(yuǎn)景奠定基礎(chǔ)。2020 年 5 月,歐盟「歐洲量子技術(shù)旗艦計(jì)劃」官網(wǎng)發(fā)布了《戰(zhàn)略研究議程(SRA)》報(bào)告。估計(jì) 10 年內(nèi)歐盟在整個(gè)量子技術(shù)旗艦計(jì)劃中的相關(guān)量子支出為 30-40 億歐元。

「旗艦計(jì)劃」——在拓展階段,這個(gè)計(jì)劃中的 19 個(gè)項(xiàng)目遍及量子計(jì)算、通信、模擬、傳感和計(jì)量以及基礎(chǔ)科學(xué)。2020 年,這些項(xiàng)目通過了中期審查,同時(shí)啟動(dòng)了兩個(gè)新項(xiàng)目——QLSI 將硅自旋量子比特添加到已經(jīng)成為目標(biāo)的超導(dǎo)和離子阱量子比特的行列中;NEASQC 專門針對 NISQ 應(yīng)用程序,解決許多人認(rèn)為缺乏軟件重點(diǎn)的程序的平衡問題。

  1. 北美

加拿大在現(xiàn)代量子科學(xué)方面有著杰出的貢獻(xiàn),尤其是 Gilles Brassard 1984 年提出的著名的 BB84 量子密碼協(xié)議。2002 年,加拿大首創(chuàng)的量子計(jì)算研究所(IQC)在滑鐵盧大學(xué)成立。在 2008-2018 年,量子科學(xué)和技術(shù)投資超過10 億加元。

2017 年,加拿大國家研究委員會(huì)(NRC)發(fā)起了一個(gè)名為「Quantum Canada」的計(jì)劃。對于加拿大來說,總部位于加拿大或與加拿大有緊密聯(lián)系的知名量子公司的數(shù)量眾多。例如 D-Wave、Xanadu、1QBit、Quantum Benchmark、evolutionQ、Zapata 和 ISARA。其中,創(chuàng)意破壞實(shí)驗(yàn)室(CDL)一直是量子行業(yè)初創(chuàng)企業(yè)的標(biāo)桿。

2020 年,加拿大量子產(chǎn)業(yè)通過成立新的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,來鞏固這一地位。2020 年,溫哥華的數(shù)字技術(shù)超級集群也宣布共同投資資金達(dá) 1.53 億加元。

美國在量子科學(xué)方面的投資歷史悠久,從 20 世紀(jì) 90 年代即開始將量子信息技術(shù)作為國家發(fā)展的重點(diǎn),在量子相關(guān)學(xué)科建設(shè)、人才梯隊(duì)培養(yǎng)、產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)行大量布局,聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)對量子計(jì)算領(lǐng)域的支持在每年 2 億美元以上。近兩年來,美國政府頻繁參與量子計(jì)算布局。

2018 年 12 月,美國政府正式頒布《國家量子計(jì)劃法案》,制定長期發(fā)展戰(zhàn)略,計(jì)劃在未來 5 年向相關(guān)領(lǐng)域投入 12 億美元研發(fā)資金。2019 年 2 月,白宮發(fā)布未來工業(yè)發(fā)展規(guī)劃,將量子信息科學(xué)視為美國未來發(fā)展的四大支柱之一。

2020 年是美國國家量子倡議(NQI) 計(jì)劃的第二年,并且隨著該計(jì)劃的真正成形,人們也看到了量子科技發(fā)展的亮點(diǎn)。NQI 將在 2019-2023 年支出 13 億美元,大量私人資金也已投入其中,在美國國家科學(xué)基金會(huì)設(shè)立了 3 個(gè)新的量子飛躍研究所。這些以學(xué)術(shù)為主導(dǎo)的研究所將支持不同領(lǐng)域的研究。在美國能源部啟動(dòng)量子戰(zhàn)略之后,美國國防部根據(jù)美國能源部的 17 個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室的初始骨干網(wǎng)絡(luò),提出了量子互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略藍(lán)圖。

  1. 中國

「五年規(guī)劃」(尤其是2006年)以來,中國一直推動(dòng)著科技領(lǐng)域的發(fā)展,中央和省級資金已經(jīng)投入超 15 億美元,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)已經(jīng)成為世界上主要的量子研究中心。迄今為止,中國擁有全球最大的已部署 QKD 網(wǎng)絡(luò),并在先進(jìn)空間量子通信技術(shù)方面繼續(xù)保持世界領(lǐng)先地位。「墨子號」衛(wèi)星和九章量子處理器是該計(jì)劃成功的標(biāo)志。

據(jù)官方媒體報(bào)道,到 2022 年,對量子科學(xué)領(lǐng)域的投資將達(dá)到近 150 億美元(1000 億元人民幣)。目前,正在建立量子信息科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室(NLQIS)的網(wǎng)絡(luò):

? NLQIS 合肥:將成為世界上最大的量子研究機(jī)構(gòu)以及該計(jì)劃的總部。將重點(diǎn)關(guān)注光子、金剛石 NV 色心和硅自旋量子比特技術(shù)以及量子通信和量子感測。

? NLQIS 北京:該分支將專注于理論、離子阱和拓?fù)淞孔颖忍亍?/span>

? NLQIS 上海:該分支將專注于超導(dǎo)量子比特和超冷原子以及自由空間量子通信。

阿里巴巴、百度、騰訊和華為都在量子技術(shù)上進(jìn)行了量子投資。國盾量子和本源量子是著名的創(chuàng)業(yè)公司。「十四五規(guī)劃」詳細(xì)介紹了該計(jì)劃,計(jì)劃將于 2021 年正式通過。一個(gè)關(guān)鍵概念是「雙循環(huán)」,包括減少對外國高科技的依賴,同時(shí)增加對外國投資的開放度。同時(shí),創(chuàng)新也是一個(gè)關(guān)鍵主題。

參考鏈接:

http://www.rmlt.com.cn/2021/0818/622293.shtml

https://news.mydrivers.com/tag/liangzijisuanji.htm

https://mp.weixin.qq.com/s/IuHO44NX6ietEfcklZ7MBA


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2021年量子計(jì)算的研發(fā)現(xiàn)狀與未來展望

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