“量子計算可能正處于與人工智能（AI）相似的發(fā)展曲線上。”中國科學技術大學上海研究院執(zhí)行院長陸朝陽日前在以《激動人心的量子革命》為主題的首場“好望角”科學沙龍上表示。
量子計算是一種基于量子力學原理調(diào)控量子比特進行計算的新型計算模式。與傳統(tǒng)計算機相比，量子計算機具有指數(shù)級的計算能力優(yōu)勢，對廣泛使用的公鑰算法構成重大威脅。
陸朝陽認為，目前量子計算已跨過原理演示的第一發(fā)展階段，進入解決現(xiàn)有知識框架和算力所不能及問題的第二階段，即實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。
2019年，谷歌宣布研制出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，在全球首次實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。近年來，中國產(chǎn)出了“九章號”“祖沖之號”量子計算機等領先成果，成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。
“自2019年谷歌的量子霸權實驗以來，雖然國際上有數(shù)百甚至數(shù)千個團隊在進行量子計算研究，但真正能夠進入第二階段，即在特定問題上超越經(jīng)典計算機的，目前只有少數(shù)幾個。除了九章三號，還有加拿大量子計算初創(chuàng)公司Xanadu與美國國家標準與技術研究院（NIST）合作的北極光實驗�！标懗柋硎�。
“在實現(xiàn)第二階段后，我們希望探索近期內(nèi)的小規(guī)模量子計算。即使是小規(guī)模，也希望它們具有實用價值�！标懗柗Q，在他們看來，量子計算機可以被視為一種新型工具，它在科學發(fā)展中的作用與物理學家創(chuàng)造的其他工具相似，能夠極大地推進了科學的進步。例如，冷凍電鏡技術的發(fā)展極大地推動了結構生物學的研究，而X射線衍射技術則為揭示DNA雙螺旋結構提供了關鍵手段。
量子計算機的發(fā)展既與基礎科學相關，也與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密相連。陸朝陽認為，量子計算首先要發(fā)展高精度、高效率的量子態(tài)制備與相干操縱技術，實現(xiàn)規(guī)�；孔颖忍氐募m纏，在此基礎上對特定問題超越經(jīng)典計算機；其次，實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”里程碑目標和具有有應用價值的專用量子模擬機；最后，不斷提升量子態(tài)精度和效率，探索通過量子糾錯實現(xiàn)容錯的大規(guī)模通用量子計算機這一遠期目標。
“谷歌的量子芯片展示了即使在小規(guī)模量子系統(tǒng)中，如果沒有量子糾錯，系統(tǒng)性能也會因指數(shù)衰減而迅速下降，即使是53個量子比特的芯片，經(jīng)過50個量子比特和20層邏輯門的操作后，輸出保證度降至千分之二�！标懗柗Q，“這表明量子糾錯是實現(xiàn)通用量子計算機的關鍵技術。”
目前，已有多種不同的量子糾錯方案被提出，如表面碼和Reed-Muller碼等。陸朝陽團隊也在探索不同的方向。
“在國家2030計劃的支持下，我們發(fā)展室溫下的量子計算技術，實現(xiàn)單光子間的強相互作用，以及將單光子源轉變?yōu)閱卧釉�，利用光鑷技術操縱原子，實現(xiàn)邏輯門操作。我們還探索了使用邏輯比特來抵抗噪聲影響，通過物理比特編碼邏輯比特，實現(xiàn)邏輯比特間的相互作用。此外，我們還利用量子計算機進行量子模擬，探索難以用傳統(tǒng)方法模擬的物理現(xiàn)象，如高溫超導。我們使用人造原子來研究這些現(xiàn)象，以期獲得更深入的理解�！�
