今天，小编邀请了中国信息通信研究院的专家来谈谈量子计算的发展现状以及我国量子计算的发展水平。
随着人类社会对信息处理的需求越来越高，基于半导体大规模集成电路的经典计算面临性能提升瓶颈，无法突破量子效应的挑战。量子计算是量子力学与计算机科学相结合的一种新型计算方法。它以微观粒子组成的量子比特为基本单位。它具有量子叠加、纠缠和相干性质。它通过量子态的受控演化来实现信息编码和计算存储。拥有经典计算技术无法比拟的巨大信息承载能力和超强并行计算处理能力。随着量子比特数量的增加，其计算和存储能力将呈指数级扩展。
（一）量子计算关键技术仍需突破
量子计算理论创立于20世纪80年代。经过初步的理论研究和实验探索，在物理实现、量子编码、量子算法和计算模型等方面取得了大量的研究成果。目前，量子计算整体仍处于基础理论研究和原型产品开发验证阶段，许多关键技术仍需突破。
物理实现解决方案的竞争非常激烈，超导系统相对领先。寻找相干时间长、易于集成、可扩展的物理硬件系统是实现量子计算的基础和关键。目前量子计算的物理实现包括超导、离子陷阱、半导体、金刚石空位、光、核磁共振、冷原子等不同的技术路线，每种路线都有各自的优缺点。就目前的实验控制技术水平而言，超导和离子阱系统处于领先地位。尤其是超导系统势头强劲，受到IBM、谷歌等科技巨头的青睐。早期，IBM物理学家提出了实现量子计算机物理系统必须满足的几个DiVincenzo标准，例如具有良好特性的可扩展量子位系统、将量子位准备到某种基态的能力以及足够长的相干时间完成量子逻辑门操作、实现一套通用量子逻辑门的能力、测量量子比特的能力等。然而，目前还没有系统能够同时满足所有的实验标准。一些专家预测，未来的量子计算机可能基于混合系统。
量子编码是实现大规模量子计算机的基础，但成本仍然较高。量子编码以消耗更多量子比特资源为代价克服了退相干效应。由于量子态具有不可克隆、不可测量、误差自由度大等特点，量子编码的实现比经典编码更为复杂。 1995年，Shor构造了第一个量子纠错码，即9位码，现在已经发展到7位和5位码，即用7或5个物理位来编码一个逻辑位。不同的纠错方法对应不同的容错阈值。一般来说，门槛越低，需要的量子比特资源就越多。
量子算法数量有限，核心算法创新难度大。 20世纪90年代中期，美国科学家提出了可应用于公钥密码系统的量子肖尔大数分解算法和可应用于数据库搜索的量子格罗弗算法，极大地激发了量子计算的研究热情。这两类算法已经成为构建其他量子算法的重要基础。但由于量子计算特殊的运行模式，经典算法的设计思想无法直接移植，目前可用的量子工具还很少。具有核心功能的量子算法相对稀缺，无法在处理所有问题上发挥优势。适用范围有限。
量子计算模型和架构都不同于经典计算。量子计算数学模型的基础是20 世纪80 年代定义的量子图灵机。目前，量子电路模型是主流方向，量子绝热和拓扑模型也是研究热点。同时，由于量子态叠加、纠缠、不可复制、相干存储时间短等特点，通用量子计算机的架构会与经典计算机有所不同，设计也会更加复杂，目前技术选型尚不清楚。
（二）科技巨头竞相布局，初创企业快速发展
欧美等发达国家政府和科技产业巨头投入巨资开展量子计算技术研究，取得了一系列重要成果，确立了领先优势。以美国加州大学、马里兰大学、荷兰代尔夫特理工大学、英国牛津大学等为代表的研究机构，基于超导、离子阱和半导体。量子芯片的计算能力通常用纠缠量子比特的数量来表征。随着量子比特数量的增加，量子纠缠的准备和操纵将变得更加困难。美国科技产业巨头开始大举进军量子计算研究领域，成为加速量子计算机研发并走向实际应用的重要力量。谷歌与加州大学合作开发超导量子计算。 2016年，报道了9位超导量子位的高精度控制，并从初创公司D-Wave购买了量子退火机，探索人工智能领域。微软正在布局基于任意子方案的拓扑量子计算，并重点关注模拟器等软件领域的同步开发。英特尔正在同时开发半导体和超导解决方案。 2017年10月，报道了17量子位的超导芯片。 IBM于2016年推出了全球首个量子计算云平台，目前IBM Q处理器已升级至16/17量子位。 2017年11月，它宣布实现了基于超导解决方案的20量子位量子计算机。此外，以D-Wave、IonQ、RigettiComputing、1QBit为代表的初创企业发展迅速，各具特色，涵盖硬件、软件、云平台等，其中大多数公司在美国。
近年来，我国开始加大重视并积极推进，在科研布局、企业投入等方面取得了一定的成果。以中国科学技术大学、浙江大学、清华大学为代表的研究机构在量子计算原理实验和样机研制方面取得了一定的研究成果。 2017年，中国科学技术大学与浙江大学联合宣布，基于超导量子计算方案实现了10个量子比特的纠缠控制。同年，中国科学技术大学也报告了基于玻色子采样的光量子计算机的研究成果。在产业布局方面，阿里巴巴于2015年联手中科院成立中科院-阿里巴巴量子计算实验室。此外，腾讯也在筹建量子实验室。 2017年9月，中国科学技术大学成立了国内首家量子计算初创企业——合肥本源量子计算技术有限公司，计划开展量子计算芯片、测控系统的研发、软件等方面。 2017年10月，清华大学、阿里巴巴、本源量子分别发布了基于不同物理系统的量子计算云平台。总体来看，我国虽然在量子计算领域取得了一定成果，但在投入强度、团队数量、创新成果、项目类型和指标等方面仍落后于美国。
（三）量子计算的发展虽然充满困难，但前景广阔
量子计算的发展面临技术、模型、资金等多重挑战。技术挑战是当前量子计算发展面临的最严峻的问题。实现量子计算最困难的部分是量子系统的脆弱性。如何克服退相干带来的一系列困难，提高量子系统的可靠性和可扩展性存在挑战。其次，量子计算是一门交叉学科，需要充分了解量子力学、计算机科学等基础理论。因此，需要多领域学者、专家的通力合作。需要加强不同学科、机构之间的合作与交流。最后，量子计算需要高水平的资本投入和可持续性，需要长期探索。
量子计算发展迅速，前景广阔。目前，量子计算的发展正处于技术理论验证和原理样机研发的关键阶段。可行性不断增强，技术竞赛方案日益明确，后续应用研发将进一步加速。预计专用量子计算机可能最先得到应用。与经典计算相比，从发展定位来看，量子计算目前只能解决一些经典计算无法或难以解决的问题。它在解决所有问题上并不优于经典计算，量子计算机的复杂控制仍然需要经典计算机的协助。量子计算在未来很长一段时间内都无法完全取代经典计算，两者会相辅相成。尽管目前量子计算规模还较小，但增长迅速，前景广阔。其发展和应用将对基础科学研究、新材料和生物制药、人工智能等诸多领域产生深远影响。
现代科技的发展速度总是超出人们的想象，科技发展的方向也将人们的生活带到了一个新的水平。在今年的CES展会上，英特尔公布了自己的研究成果，一款49量子位的量子芯片。随后在3 月份，谷歌发布了一款72 量子位的量子芯片，并展示了它可以用于实际应用。 5 阿里巴巴达摩院也不甘示弱，于4 月推出了自己的量子电路模拟器太章。一时间，量子计算概念进入公众视野，成为热门话题。
量子计算
什么是量子计算？根据维基百科的说法，基于量子力学现象的计算就是量子计算。谈到量子计算，就不能回避两点，叠加和纠缠。与传统计算机基于晶体管的二进制不同，传统计算机的二进制数在某种状态下总是0或1，而量子计算使用量子比特，没有固定的状态。我们可以借用一个著名的实验薛定谔的猫来描述这种现象。
薛定谔的猫（图片来自%E8%96%9B%E5%AE%9A%E8%B0%94%E7%9A%84%E7%8C%AB/554903?sefr=cr）
将一只猫和与有毒气体有关的放射性物质放入盒子中。盒子里的放射性物质有50%的几率会衰变并释放出毒气杀死猫，但也有几率不衰变而猫会活下来。在不打开盒子的情况下，从传统计算机的角度来看，猫要么死，要么活，而且一定是两者之一。但从量子计算的角度来看，猫既可以是死的，也可以是活的，处于两者的混合状态。这是一种叠加态。
量子纠缠
量子纠缠实际上是处于叠加态的两个粒子相互作用的现象。值得注意的是，两个粒子在空间上可能相距很远，但一旦测量到两个粒子中的一个，纠缠一方的状态也将被确定。
传统计算机的基本单位比特，有确定的状态，要么0，要么1，而量子计算的基本单位是量子位，即量子位，可以同时存在0和1两种状态。如果有4位，那么传统计算机只能存储2^4中的一位。如果它有4 个量子位，则可以存储2^4 条信息。计算能力呈指数级增长，计算能力与传统计算器相当。进行2^4次运算，效率会大大提高。
得益于量子叠加和纠缠，量子计算能够保持并行运算的超高速度，能够保证大规模数据结果运算的高效完成。但需要注意的是，如果没有相应的量子算法，量子计算机的威力很难完全发挥出来，只能对部分算法进行加速。因此，传统计算机和量子计算机是一种互补的关系，而不仅仅是新技术完全取代传统技术。的过程.
早在2016年5月4日，IBM就发布了量子计算服务。用户可以通过云端连接IBM量子计算机进行实验和模拟。量子计算作为一项革命性技术，越来越受到人们的关注。微软和谷歌都投入了自己的研发力量，量子计算的实际应用正一步步离我们越来越近。
数据计算
说到应用，量子计算机的核心功能自然是数据计算和超高运行计算能力，这是很多行业的必备。例如，今年流行的人工智能方向利用深度学习不断改进算法，直到产品满足人们的智能化需求。在这个过程中，机器学习的成本往往是巨大的。因此，很多人工智能只能响应某个领域的某些关键词，很难满足人们复杂的场景应用。自然，他们会被称为人工智能阻滞者。但如果利用量子计算机的高速计算，机器学习的成本将大大降低，人工智能的应用场景也将更加丰富。事实上，这不仅仅是人工智能。量子计算在大数据分析、智慧城市、金融模型等方面具有巨大潜力。
信息安全依赖算法加密
如今各种密码的安全性依赖于各种加密算法技术，但对于量子计算机来说，可以通过特定算法轻松实现高速并行化。基于量子纠缠的特性，在通信过程中，如果有人想要窃听通信内容并测量量子，另一端的量子必然会感知到，从而终止机密信息的传输，商业秘密就可以被窃取。得到充分保护。
量子技术的发展自然是未来的一个主要方向，但我们仍然需要看到其中的问题。首先，量子计算有更严格的要求，需要在极低的温度环境下工作；二是量子相关技术研究存在瓶颈。比如如何创造纯纠缠态来克服量子通信的信息失真；第三是量子计算带来的变化，比如密码学的革命性变化，传统加密技术、产业、个人信息安全往哪儿走，量子计算如何防范攻击。四是各国量子计算技术研发水平的差异，谁制定标准，量子霸权的出现。这些是我们需要知道的。
量子计算技术必将到来并给我们的生活带来巨大的改变，但目前还处于发展阶段。因此，没有必要过度炒作。肯定技术的价值，合理规划研究。这是一个企业乃至一个国家保持创新和竞争活力的关键。更何况，量子计算距离改变生活已经不远了。
