“遇事不决，量子力学。”这是一句十分流行的网络用语，侧面反映出在我们大多数人看来，量子力学是一种玄而又玄的东西。

其实，与普通人对量子力学云里雾里恰恰相反，近年来，我们国家在量子科技领域已经接连取得了许多令人瞩目的成就，这不，又一台国产量子计算机即将问世。

本源悟源量子计算机外景

这台新的国产量子计算机被命名为“悟空”，由合肥本源量子计算科技有限责任公司（以下简称为“本源量子”）建造生产，本源量子是中国第一家量子计算公司。

可别小看这台“悟空”计算机，它可是我国最强的量子计算机，那么“悟空”与之前国内的“九章”“祖冲之”系列量子计算机到底有何不同？我国量子计算机在世界上到底处于什么位置？

越来越多的国家开始重视量子计算机

许多人并不了解量子计算机有多么重要，只是时不时听说国内外有关量子计算机的新闻，举个通俗的例子，你可以把量子计算机视为是“信息时代的原子弹”。

美国IBM公司的量子计算机

一直以来，许多国家都把量子计算机视为是具有重要战略价值的国之重器。以美国这个世界上科技最发达的国家举例，“曼哈顿计划”作为美国的原子弹计划被世人所熟知，殊不知，美国现在已经把他们国家的量子计算机研发计划，正式命名为了“微型曼哈顿计划”，由此可见美国有多么重视量子计算机。

作为现代互联网、经典计算机的诞生地的美国，都要如此重视量子计算机，其他国家怎能甘心落后呢？越来越多国家开始重视量子计算机的背后，是因为与经典计算机相比，量子计算机具有无与伦比的优势。

所谓量子计算机，是一类以量子力学规律为指导，进行高速数学和逻辑运算、处理及存储量子信息的计算机。与普通计算机相比，量子计算机能存储更多的比特，随着量子比特数的增加，量子计算机的处理能力将呈指数级增长。

经典计算机发展陷入颓势

如今的时代是数据的时代，我们无时无刻不处于大数据的包围之中，而庞大的数据背后，则需要惊人的算力维持。经典计算机的发展，主要依靠加强晶体管集成度，如今，这项技术即将陷入发展瓶颈，它已经逐渐无法适应算力需求的上涨速度。

1.技术发展本身即将达到峰值

以经典计算机（也就是我们日常生活中使用的计算机）为例，想要增强计算能力，唯一的方法是通过加强晶体管集成度，但晶体管集成并非永无止境，而是存在一定的限度，一旦达到最高限度，便不能继续进行下去，只能另辟蹊径。

目前，世界上最先进的商用晶体管尺寸已达3个纳米，预计未来10年内，其就将达到亚纳米尺寸，届时以人类现有的技术水平，将很难继续走集成晶体管的道路。

【2】摩尔定律近乎失效，技术进步成本太高

除了技术发展本身受限之外，经典计算机所依赖的集成晶体管，其技术进步成本实在太高。

以手机芯片举例，现阶段，虽然三星和台积电都先后宣布实现了3纳米制程量产，但并没有多少下游厂商，愿意为这项奢侈的技术买单，因为成本实在太高。

65nm-5nm工艺开发费用，图片来源：Semi engineering

据了解，台积电在南科园区的3纳米工厂，总投资高达6000亿新台币（约合人民币1360亿），作为对比，台积电2020年在美国投建的5纳米工厂投资额为120亿美元（约合人民币838亿）。从5纳米到3纳米，成本直接上升了近一半多，这还只是建厂成本，并没有把前期研发和后期加工等成本计算在内。

摩尔定律的提出者戈登·摩尔

一直以来，摩尔定律都在半导体行业发挥着重要的作用，所谓摩尔定律，就是指“每隔18个月，在价格不变的基础上，同样单位面积内的晶体管数量翻倍。”。通俗来讲，就是人们几乎每隔一段时间，就能以同样的价格，在单位面积内买到数量更多、单价更低的晶体管。

但随着集成晶体管技术的不断发展，摩尔定律已经开始放缓，甚至出现了失效的迹象。还是以手机芯片举例，据行业媒体Semianalysis测算的数据得出结论：现在最新的3nm制程的芯片，不但没有实现性能翻倍的目标，而且也没有让单个晶体管的成本下降，甚至还增加了约40%的成本。

量子计算机的优势

虽然集成晶体管技术的发展已经陷入颓势，但短期内仍然是计算机的主流方向，因为即使单一晶体管的体积无法继续缩小，也可以通过改变晶体管排列方式，增加单位面积的晶体管数量，以实现提高芯片性能的目标，况且理论上，目前单一晶体管的体积也尚未达到最小。

我们在认识量子计算机的优势之前，需要先理清一条思路：就现阶段而言，我们之所以要发展量子计算机，并不是为了完全取代经典计算机，而是为了完成经典计算机无法完成的任务。

一般而言，量子计算机更擅长的是海量数据的并行运算，以及模拟各种分子级原理，这些任务对于经典计算机而言，则处理起来十分困难。

就以简单的算力比较，目前万亿次的经典计算机，想要处理300万量级的大数据，大约需要花费15万年的时间，而使用量子计算机则只需要1秒而已；国产量子计算机“九章二号”求解高斯玻色取样的速度，要比目前世界最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍）。

而在简单的加减乘除、运行游戏、播放视频电影等功能的处理方面，量子计算机并不比经典计算机快多少，可以预见，在未来的一段时间内，这些简单的运算任务，仍然还是要交给经典计算机处理，而量子计算机则是要专心于处理一些特定问题上，真正用在“刀刃”上。

据本源量子首席科学家郭国平介绍，未来每个人都可以用到量子计算机，这主要是通云端使用量子计算机，因此量子计算机并不一定要进入普通家庭，我们普通人平时使用的计算机，仍然还会是以经典计算机为主。

量子计算机的发展

据了解，量子计算包括超导、光量子、离子阱、半导体、拓扑等多条技术路线，这些路线究竟哪一条更好，则没有确定的答案，因为量子计算的发展仍然处于“摸着石头过河”的阶段，上述路线各有优劣，但有一点可以肯定，量子计算机的发展将主要经历三个阶段：

中国科学院院士潘建伟和量子计算机合影

1、研制50个到100个量子比特的专用量子计算机，实现“量子优越性”里程碑式的突破。所谓“量子优越性”，是指单就某个具体问题而言，新生的量子计算原型机的计算能力，可以超过最强的经典计算机，这就能够证明其“优越性”可以有更多的可能。之前，国产量子计算原型机“九章”已经成功帮助我国实现了“量子优越性”，我国现在是继美国之后，全球第二个实现“量子优越性”的国家。

2、研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题。

3、大幅提高量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力，研制可编程的通用量子计算机。

本源超导24比特量子芯片

目前，世界上所有的量子计算机研究都还处于第一阶段，包括这次本源量子即将推出的“悟空”计算机，虽然其“悟空”芯片理论上会高于64比特位数，但离第二阶段可操纵数百个量子比特的目标，仍然有相当长一段距离。

我国量子计算机在世界上的地位如何？

先说结论：量子科技主要分为量子计算、量子通信、量子精密测量三大领域，我们现在全方位都处于世界第一梯队。

虽然我国量子计算之前处于相对落后的地位，但随着“九章”“祖冲之”系列量子计算机的成功，我们如今在量子计算机研究领域已经正式迈入了世界第一梯队。

但在第一梯队里也有强弱之分，由于我们国家的工业基础与美国等发达国家相比较为落后，因此与IBM、谷歌这些量子计算赛道里面最强的团队相比，以本源量子为代表的国内团队，目前仍然处于追赶国外一流水平的地位。

“九章二号”量子计算机

因为虽然量子计算机的研究属于“新”赛道，但是并不是“全新”的赛道，其不可避免地仍然要使用一些经典计算机的硬件，而经典计算机从诞生之初，就一直被国外先进企业牢牢掌握优势，所以我们在硬件方面是短板，这也是一直以来制约国产量子计算机发展的主要因素。

“悟空”量子计算机的新尝试

之所以把“悟空”称之为国内最强量子计算机，是因为它是我们国家第一个可以走出实验室的量子计算机，本源量子这条生产“悟空”芯片的生产线，也是我国第一条量子芯片生产线。

本源工作人员调试悟源计算机

与“九章”系列量子计算机采用光学技术路线不同，“悟空”采用的是超导技术路线，简单理解就是用电学体系，这与世界上领先的IBM、谷歌、英特尔这些比较老牌的计算机公司采用的是同一技术路线。

这是因为电学的工业基础更好，这条路线与经典计算机存在部分相通性，因而在产业化和工程化的实践中，电学体系相对来说更成熟一点，或者说推进的更快一些。

谷歌悬铃木量子计算机

作为“悟空”的主要生产制造企业，在工程化的量子计算机生产制造上，本源量子是目前国内唯一能够向用户去交付工程化量子计算机整机的公司。

另外，在最新的全球量子计算技术发明专利排行榜（TOP100）榜单上，本源量子高居世界第六，其拥有234件专利，是中国公司中专利数最多、排名最高的，因此称它为中国最强毫不为过。

目前，本源量子直接对标世界一流计算机企业，计划在2030年带领中国跨入比特位数比较高的通用量子计算机时代，期待未来更多国产量子计算机在国内科研、金融等领域的表现。

结语

路漫漫其修远兮，在量子计算这条赛道上，虽然我们已经处于世界第一梯队，但与世界第一的美国相比，我们仍然有很长的路要走。

要想在新赛道上不让外国“卡脖子”的现象重现，我们唯有让量子计算机走出实验室，接受市场的考验，相信未来会有更多像本源量子一样的公司，在中国广阔的大地上结出丰硕的果实。