世界之最“祖冲之号”问世 中国“弯道超车”跻身量子科技领域第一梯队

5月8日，拥有全球最大量子比特数的超导量子体系在中国诞生了！站在第二次量子革命兴起的起点上，中国已跻身第一梯队，这将是中国第一次有基础、有能力全面介入和参与的一次技术革命。

世界之最！62比特！

量子计算原型机“祖冲之号”问世

近日，中科院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队，成功研制了62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”，并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。

要解释“祖冲之号”有多强，首先要了解一个问题，量子计算机是什么？

量子计算机和我们普遍理解的电脑差别很大，二者在计算形式上有着本质的区别。日常生活中使用的电脑，通过电路的开和关来进行计算，不管是屏幕上的图像还是输入的汉字，都会在硬件电路里转换成1和0，再进行传输、运算、存储。而量子计算机则是以量子的状态作为计算形式，目前量子计算机使用的主要是原子、光子等物理系统，不同类型的量子计算机使用的是不同的粒子，比如去年年底我国研究团队研制出的量子计算原型机“九章”，就是光量子计算原型机。

那么，量子计算原型机“算术”有多强呢？实验结果显示，“九章”处理特定问题的速度比目前排名世界第一的超级计算机要快100万亿倍！成功实现了量子计算领域的第一个里程碑——量子计算优越性。

二维超导量子比特芯片示意图, 每个橘色十字代表一个量子比特。

这次中国科学技术大学潘建伟院士团队成功研制的超导量子计算原型机“祖冲之号”，是目前国际上超导量子比特数量最多的，操纵的超导量子比特达到62个。

那么，量子比特数量最多意味着什么呢？

中国科学院科学传播研究中心副主任袁岚峰解释道：“首先它实现的事情是量子随机行走，它营造出了62个国际象棋棋盘上的空间，用这样一个模型，它可以实现通用量子计算，也就是说量子计算能够实现的任何功能和计算任务都可以通过这样一种方式来实现。”

不可分割不可测

“世纪幽灵”量子有多神奇？

“遇事不决，量子力学。”过去，人们谈到“量子”，第一感觉就是深奥和陌生。如今，量子以及量子产品作为当下全球最前沿科技，正逐步走进我们的生活。

一问，何为量子？

构成物质的最小单元是基本粒子，而量子是质量、体积、能量等各种物理量的最小单元，它也是以某种粒子状态存在的。比如说光，我们看到的是一整片明亮，但如果进入微观世界就能发现这片光是由无数光子组成的，可以想象一下，我们每一举手、每一投足，甚至是每一个呼吸都有上万亿的量子在移动。其看不见摸不着，但却真实存在，因此又被称作“世纪幽灵”。

二问，量子有何特性？

作为各种物理量的最小单位，量子不能再进行分割，但这并不代表每个量子都是一成不变的，因为它同时具备不确定性。

中科院物理所固态量子实验室主任范桁曾举过一个例子：一个圆柱体水杯，从正面来看是一个矩形，但从顶部来看，我们就会看到一个圆形。从不同的方向可以读取到不同的状态，同时任何来自外部的探测都会对量子状态产生干扰，这就是量子的不确定性，也称作量子的“测不准原理”。此外，量子还具有波粒二象性、量子隧穿、量子纠缠、量子叠加等特性。

三问，量子能干什么？

说了量子这么多神奇特性，当然是为了知道它能干什么。比如“量子叠加”原理就被科学家利用，开发出了超导量子计算机。所谓“量子叠加”指的是一个量子可以同时存在好几种状态，形象点说，就像孙悟空的分身术，遇到大量敌人时，孙悟空就会从脑后拔出三根救命毫毛，变出无数分身，一群猴子一起打妖怪，战斗力自然是几何级提升。

量子也是如此，科学家利用它的分身术，使我们的计算机实现定型运算，比如10的90次方，它比宇宙中所有粒子数还多，去分解这样一个天文级大数，普通计算机需要15万年，而未来的量子计算机只需要数秒。

中国跻身量子科技领域第一梯队

“量子+”产业集群深耕齐鲁

众诚智库14日发布的《2021年全球量子信息发展报告》显示，中国在量子通信领域的论文发表数量长期居于国际前列；2020年在量子计算领域和量子测量领域的论文发表数量均仅次于美国，位列第二位。

2017年6月16日，安徽合肥，中科院院士、中国科学技术大学教授，量子科学实验卫星首席科学家潘建伟与“墨子号”量子卫星模型合影。

这一领域的发展始终得到党和国家的高度重视。经过近20年的发展，我国在量子科技领域形成了具有相当体量和规模的研究队伍，突破了一系列重要科学问题和关键核心技术，产出了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”、量子保密通信“京沪干线”、“九章”光量子计算原型机、多光子纠缠干涉度量、量子反常霍尔效应等一批具有重要国际影响力的成果。

总体而言，我国在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位，在量子计算方面与发达国家处于同一水平线，在量子精密测量方面发展迅速。中国科学院院士薛其坤此前表示，中国在量子科技领域总体已处于国际第一梯队。

山东是国内最早布局量子科技与产业的少数几个省份之一。自量子科技落地山东起，便深深扎根于这片土地，先是在济南创立了山东量子科学技术研究院有限公司，量子通信团队正式落地山东，拉开了量子通信在山东产业化的序幕。随后又专门创建了量子信息技术研究机构——济南量子技术研究院，开展量子信息基础研究和应用基础研究。

在项目引进方面，以济南量子院作为承担主体，在济南高新区启动新一代超导量子器件与芯片研制项目，并列入中国“算谷”规划建设内容；在应用示范方面，建成了当时世界上规模最大、功能最全的实用化城域量子通信网络“济南量子通信试验网”和国内首个商用化政务量子通信网络“济南市党政机关量子通信专网”。

目前正加速推进量子通信“齐鲁干线”项目，“齐鲁干线”将在济南无缝接入“京沪干线”，并通过全球首套小型化可移动量子卫星地面站，实现与“墨子号”的天地对话，使山东能够支撑全国构建省域“星地一体”量子通信网络，带动山东精密制造、信息安全等产业发展，培育以“量子+”为特色的大规模产业集群。

相对于传统计算机，量子计算机目前还处于研究阶段，而我们的星辰大海，是制造出有大规模容错能力的通用量子计算机，毕竟，超强的量子计算未来值得期待！

（大众网·海报新闻编辑 王乐双 综合中国新闻网、大众日报、新华网、海报新闻等）

责编：高娜

审核：辛然

本文来自【海报新闻】，仅代表作者观点。全国党媒信息公共平台提供信息发布及传播服务。