量子計算：計算機中的“戰斗機”
如果把現在傳統的電子計算機比作自行車，那么，量子計算機就好比飛機。量子計算機為何可以成為計算機界的“戰斗機”？這與它的計算原理密切相關。
現有的電子計算機，1個物理比特只能存儲1個邏輯態——或者0，或者1。而量子計算機利用的是量子的相干疊加原理，可以制備在兩個邏輯態0和1的相干疊加態，換句話講，1個量子比特可以同時存儲0和1。
這意味著什么呢？意味著量子計算機的處理能力將隨著比特數的增加而呈指數級上升。量子計算機有N個比特，就可以一次對2的N次方個數進行數學運算，相當于經典計算機算上2的N次方次。
量子計算計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長，這可以為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。
“分解300位大數，利用萬億次經典計算機需要15萬年，利用萬億次量子計算機只需要1秒。”潘建偉預測，2020年左右超導量子計算機就可以操縱50個量子比特，屆時就可以實現“量子稱霸”，在處理一些特定問題的能力上超越經典計算機中計算能力最強的超級計算機。10年內量子計算機將可能實現對100個粒子的相干操縱，屆時它處理特定問題的能力就可以達到現有最強超級計算機的百億億倍，或者目前全世界計算能力總和的百萬倍。
正是由于量子計算的巨大潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協同攻關，同時，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強勢介入量子計算研究。
中國科學家也加入了這場角逐，并取得了相當亮眼的成果，并對下一步發展進行了部署。
潘建偉介紹，我國將要啟動的人工智能2.0計劃中，就有量子人工智能的專門部分，其技術基礎就是量子計算機。而在這之前，“我們首先要通過三五年努力，實現量子稱霸，讓量子計算機在某些特定問題上超越經典超級計算機”。
展望未來：遇到難題交給“量子”
在實驗室里，陸朝陽帶記者參觀了光量子計算機。
光量子計算機包含3個主要部分。第一部分是單光子源，在零下269攝氏度的低溫中，這個設備通過激光激發量子點，每次產生一個高品質的單光子，是國際上最高品質和最高效率的單光子源。“目前我們搭建的這個設備是國際上綜合性能最優的，產生的單光子品質比國際第二名要高10到100倍。”陸朝陽自豪地說。
第二部分是超低損耗光量子線路。單光子通過開關分成5路，通過光纖導入主體設備光學量子網絡。
第三部分是單光子探測器，探測矩陣中得到的量子計算結果。
多粒子糾纏的操縱作為量子計算的核心資源，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，潘建偉團隊在多光子糾纏領域始終保持著國際領先水平，并于2016年底把紀錄刷新至10光子糾纏。光量子計算機就是在這個基礎上，團隊利用自主發展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，通過電控可編程的光量子線路構建而成。
顧名思義，量子計算機需要對量子進行高精度調控，這需要極低的溫度。目前發展最快的三大量子計算機體系中，光量子計算機可以在室溫下運行，但要在零下269攝氏度的低溫中產生單光子；超導量子計算機的CPU芯片可以在常溫下展示，但它的真正運行必須在接近絕對零度（零下273.15攝氏度）的環境中進行；超冷原子量子計算機更不負其名，所需的低溫是三者中最低的，最接近絕對零度。
“量子計算機可以實用化，未來全世界會有很多臺，但不需要家家都有。”潘建偉說，量子計算機可以和現有的經典計算機配合使用。以現有的手機終端為例，手機就是小型計算機，它要做成低溫的量子計算機，會很難、也沒有必要。“但你可以通過云計算平臺，用手機把需要完成的計算任務送到云端，讓后臺的量子計算機來完成。”
潘建偉表示，傳統計算機能算好的問題，量子計算機不需要再去介入。量子計算機瞄準的，是傳統計算機不能解決的難題，“比如玻色取樣對經典計算機太難了，量子計算機在這方面就顯得特別強大”。
當量子計算機實用化以后，它能解決哪些實際應用領域的難題呢？
密碼分析、氣象預報、藥物設計、金融分析、石油勘探、人工智能、大數據……總之，那些需要超大計算量的難題，交給量子計算機就對了！（經濟日報·中國經濟網記者佘惠敏）
