2016年，中國(guó)政府將量子技術(shù)置于第十三個(gè)“五年規(guī)劃”的核心，自此，歐洲和美國(guó)也紛紛投資起了自己的項(xiàng)目。

歐盟將向量子技術(shù)旗艦計(jì)劃（quantum technologies flagship）投資10億歐元，該計(jì)劃已于11月初啟動(dòng)，目前已公布了二十個(gè)新項(xiàng)目的撥款。美國(guó)也組建了一支跨黨派團(tuán)隊(duì)，致力于推動(dòng)立法，欲投資12.5億美元用于量子研發(fā)。

中國(guó)正著眼于構(gòu)建多衛(wèi)星量子網(wǎng)絡(luò)，及一臺(tái)量子模擬器，用以破解科學(xué)難題。在美國(guó)，科技巨頭們聚焦于提升處理器的量子比特?cái)?shù)，同時(shí)降低量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率。在量子算法領(lǐng)域，英國(guó)是目前的領(lǐng)頭羊。

“真正激動(dòng)人心的，以及中國(guó)投資于此的原因，是他們不知道潛力有多大。”羅伯特·揚(yáng)表示，“這顯然會(huì)是下一項(xiàng)革命性的技術(shù)，顯然會(huì)有一大批有趣的設(shè)備出現(xiàn)，而他們所投資的，正是這種潛力。”

毋庸置疑，大量的投資使中國(guó)處在了有利地位，至于哪種量子技術(shù)會(huì)奏效，這種技術(shù)會(huì)帶來(lái)怎樣的結(jié)果，目前沒(méi)人清楚——最大的突破可能來(lái)自合肥的100億美元量子樞紐，也可能來(lái)自一個(gè)相對(duì)較小的投資項(xiàng)目。

但量子技術(shù)要成為真正的革命性技術(shù)，全球協(xié)作必不可少。“僅憑一國(guó)之力是發(fā)展不出量子技術(shù)的。”潘建偉說(shuō)，“我們可以開(kāi)展一場(chǎng)競(jìng)賽，但相互交流與協(xié)作不可或缺。”http://hwdz2.51dzw.com

2016年8月，中國(guó)的“墨子號(hào)”作為世界首顆量子衛(wèi)星從戈壁發(fā)射升空，在距地500公里處繞地飛行。

2017年，中國(guó)和奧地利科學(xué)家利用“墨子號(hào)”衛(wèi)星，進(jìn)行了一次量子加密的視頻通話。

“墨子號(hào)”發(fā)射時(shí)，該項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉總結(jié)了這個(gè)項(xiàng)目的重要意義：“我想，我們開(kāi)啟了一場(chǎng)全球范圍的量子太空競(jìng)賽。”潘建偉被《自然》期刊譽(yù)為“量子之父”，是中國(guó)量子技術(shù)取得重大進(jìn)展的關(guān)鍵人物之一。

這場(chǎng)量子技術(shù)競(jìng)賽異常激烈。中國(guó)和美國(guó)等國(guó)，以及世界上最大的企業(yè)和機(jī)構(gòu)，包括谷歌、美國(guó)宇航局（nasa）、微軟、洛克希德馬丁和阿里巴巴在內(nèi)，都參與其中。

什么是量子計(jì)算？

量子計(jì)算機(jī)用的不是比特——不是0就是1——而是量子比特，能以0和1的疊加態(tài)存在。這就意味著，相較于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，它們能存儲(chǔ)更多信息，且消耗更少的電量。這樣一來(lái)，那些讓普通機(jī)器頭疼的復(fù)雜計(jì)算，比如特定化學(xué)反應(yīng)的模擬、質(zhì)數(shù)的計(jì)算，或是復(fù)雜加密的破解，量子計(jì)算機(jī)都可以信手拈來(lái)。

那么，量子計(jì)算機(jī)具體可以做什么？科學(xué)家想要量子計(jì)算解決什么問(wèn)題？中國(guó)目前在全球量子研究領(lǐng)域處于什么地位？

關(guān)于這些問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)80后教授、博導(dǎo)陸朝陽(yáng)曾在造就的演講中一一做過(guò)生動(dòng)而有趣的科普：

大力投資“超級(jí)工程”

隨著量子技術(shù)的進(jìn)步，最嚴(yán)密的加密形式都可能被破解，計(jì)算能力也會(huì)實(shí)現(xiàn)飛躍，潛在的政治與經(jīng)濟(jì)影響不容小覷。當(dāng)前保護(hù)金融數(shù)據(jù)和軍事機(jī)密的加密手段，在量子計(jì)算面前或許不堪一擊。

中國(guó)研究人員就是想通過(guò)“墨子號(hào)”，利用一種不同于以往的量子技術(shù)，開(kāi)發(fā)出無(wú)法被破解的新型保密通信。“墨子號(hào)”被用于共享密鑰，而這些密鑰，則是加密和解密通信技術(shù)的關(guān)鍵。

通常，這些密鑰容易被劫持，但“墨子號(hào)”利用了處于量子疊加態(tài)的光子——要么不破譯，一旦破譯，原信息就會(huì)被破壞。所以，以這種方式發(fā)送出去的密鑰，是無(wú)法被復(fù)制或劫持的。

而在量子計(jì)算這個(gè)歷來(lái)由歐美主導(dǎo)的領(lǐng)域中，中國(guó)正奮力追趕。

中國(guó)政府將量子技術(shù)作為一項(xiàng)“超級(jí)工程”的重點(diǎn)，力爭(zhēng)在量子通信和量子計(jì)算領(lǐng)域取得重大突破。據(jù)報(bào)道，中國(guó)將投資100億美元，在合肥建立量子信息科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。

“近五年來(lái)，中國(guó)對(duì)量子技術(shù)進(jìn)行了大力投資。”蘭卡斯特大學(xué)量子技術(shù)中心主任羅伯特·揚(yáng)（robert young）表示，“中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了領(lǐng)先地位，而且速度比較快。”羅伯特·揚(yáng)同時(shí)還是中國(guó)電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院的客座教授。

近幾年，中國(guó)企業(yè)申請(qǐng)的量子計(jì)算類專利大幅上升。據(jù)專利咨詢公司patinformatics的數(shù)據(jù)，2014年，美國(guó)和中國(guó)的專利數(shù)量還不相上下；但到2017年，中國(guó)的專利數(shù)已達(dá)到美國(guó)的近兩倍。

不光是量子科學(xué)領(lǐng)域，在人工智能領(lǐng)域，中國(guó)的投資力度也絲毫不減。在一定程度上，這都是為了在未來(lái)幾十年引領(lǐng)科技進(jìn)步。“中國(guó)基本錯(cuò)過(guò)了數(shù)字革命，這給中國(guó)和中國(guó)經(jīng)濟(jì)拖了后腿。”羅伯特·揚(yáng)表示，“中國(guó)不想再錯(cuò)失良機(jī)了。”

潘建偉也認(rèn)同這一觀點(diǎn)。“在現(xiàn)代信息科學(xué)方面，中國(guó)一直是學(xué)習(xí)者和模仿者。”他說(shuō)，“現(xiàn)在，在量子技術(shù)領(lǐng)域，若能竭盡全力，我們有望成為主要玩家。”

從量子保密通信到量子計(jì)算

一開(kāi)始，中國(guó)的進(jìn)展主要都在量子保密通信領(lǐng)域——比如“墨子號(hào)”這樣的項(xiàng)目，以及山東省的地面量子網(wǎng)絡(luò)。“在量子通信領(lǐng)域，我們領(lǐng)先于世界同行。”潘建偉說(shuō)。

但在量子計(jì)算領(lǐng)域，局面就沒(méi)那么明晰了。構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的難度非常大，哪怕是最細(xì)微的環(huán)境干擾，都可能破壞量子比特的疊加態(tài)。而要繪制復(fù)雜的概率路徑，這種疊加態(tài)不可或缺。

量子計(jì)算機(jī)要被防護(hù)得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)才行，而且，構(gòu)建它們所需的技術(shù)，大多都需要一個(gè)接近絕對(duì)零度的環(huán)境。目前，最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)——谷歌、ibm和d-wave等企業(yè)正在研發(fā)的那些——還未邁過(guò)100量子比特的大關(guān)，而且由于“量子比特啞火”現(xiàn)象的存在，錯(cuò)誤率或高達(dá)50%。“只要越過(guò)100量子比特關(guān)卡，事情就會(huì)變得有趣；但可能得突破1000量子比特，才會(huì)真正讓人興奮。”羅伯特·揚(yáng)表示。

美國(guó)企業(yè)稱，未來(lái)五至十年，它們就可以研發(fā)出可運(yùn)轉(zhuǎn)的量子計(jì)算機(jī)。但中國(guó)的估計(jì)更為保守。“我們必須解決那些根本性的問(wèn)題。”潘建偉說(shuō)，“依我看，估計(jì)還要二三十年。”

一些中國(guó)企業(yè)，比如騰訊、阿里巴巴和百度也加入了量子競(jìng)賽，但略微晚了些。“幾年前，要說(shuō)服中國(guó)電商投資這類研究，難度還是很大的。”潘建偉說(shuō)，“但在谷歌、ibm、英特爾和微軟等公司的影響下，如今，這些中國(guó)電商都有了自己的量子技術(shù)項(xiàng)目。”http://szjhc.51dzw.com

若論量子處理器包含的量子比特?cái)?shù)，中國(guó)還不是美國(guó)的對(duì)手。不過(guò)去年，中國(guó)科學(xué)家創(chuàng)下了一項(xiàng)世界紀(jì)錄：實(shí)現(xiàn)了18個(gè)量子比特的糾纏。這種糾纏是一種相互聯(lián)結(jié)的狀態(tài)，是量子計(jì)算中必不可少的一環(huán)。

這跟大體的技術(shù)發(fā)展規(guī)律相符。“并沒(méi)有證據(jù)表明，中國(guó)在生成量子的方式上有什么新的突破——那屬于最根本的基礎(chǔ)科學(xué)，實(shí)現(xiàn)方式就那么幾種。”patinformatics董事總經(jīng)理托尼·特萊普（tony trippe）說(shuō)，“過(guò)去四年里，中國(guó)對(duì)專利的主導(dǎo)，主要是在應(yīng)用方面。”

盡管中國(guó)在量子硬件的構(gòu)建方面處于落后地位，但在量子計(jì)算機(jī)問(wèn)世后的實(shí)際應(yīng)用方面，中國(guó)一直在進(jìn)步。據(jù)羅伯特·揚(yáng)所言，至于前景最光明的用途是什么，現(xiàn)在并不清楚——量子計(jì)算的一些潛在用途，我們現(xiàn)在也許都不曾想到。不過(guò)，個(gè)人電腦或是筆記本電腦不太可能裝上量子芯片——我們也許會(huì)通過(guò)云端，訪問(wèn)一臺(tái)中央量子計(jì)算機(jī)。其實(shí)，ibm已經(jīng)在提供這樣的服務(wù)。

在量子計(jì)算的下一個(gè)階段，中國(guó)的財(cái)力有望發(fā)揮關(guān)鍵作用。“要想在中國(guó)營(yíng)造一個(gè)量子環(huán)境，財(cái)力非常關(guān)鍵。”牛津大學(xué)量子力學(xué)教授阿圖爾·?？颂兀╝rtur ekert）說(shuō)，“墨子號(hào)”背后的理論就是他提出的。“打個(gè)比方，光是發(fā)明電話是不夠的——光你一個(gè)人有電話，你打給誰(shuí)？你得有整套基礎(chǔ)設(shè)施、整個(gè)金字塔，你不能只有一幫物理學(xué)怪才，還要有量子工程師、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、加密學(xué)家，以及推銷的好手。”

?？颂貙⒅袊?guó)的做法比作nasa的阿波羅登月計(jì)劃。“具體哪種量子技術(shù)最好用——是超導(dǎo)環(huán)路、囚禁離子，還是別的什么——我們不清楚。”他說(shuō)。你要把很多不同領(lǐng)域的專家聚到同一個(gè)屋檐下才行。

要競(jìng)爭(zhēng)，也要協(xié)作

我們很容易將量子計(jì)算和加密技術(shù)的發(fā)展視為零和游戲，但事實(shí)并不是如此。

潘建偉在這項(xiàng)技術(shù)上的基礎(chǔ)是在歐洲打下的。中國(guó)研究人員也在與奧地利同行密切合作，研發(fā)“墨子號(hào)”等技術(shù)。

但隨著量子技術(shù)從學(xué)術(shù)界轉(zhuǎn)移到應(yīng)用領(lǐng)域，這種態(tài)度或許會(huì)略有轉(zhuǎn)變。“放在五年前，我會(huì)說(shuō)，這是協(xié)作性的；但這五年里，出現(xiàn)了些許泡沫。”埃克特說(shuō)。

網(wǎng)絡(luò)安全專家們時(shí)時(shí)恐懼著“q日”（量子日）的到來(lái)——那一天，首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)誕生于世，它足以破解當(dāng)代絕大多數(shù)的加密標(biāo)準(zhǔn)。如果某個(gè)國(guó)家率先實(shí)現(xiàn)，問(wèn)題就會(huì)產(chǎn)生——所謂“量子驚詫”，說(shuō)的就是某個(gè)國(guó)家發(fā)展出一種全新的量子技術(shù)，讓別國(guó)措手不及。

“適當(dāng)程度的擔(dān)憂還是有必要的。”埃克特說(shuō)，“量子領(lǐng)域?qū)嵲谑翘匾?，絕不能讓世界某個(gè)區(qū)域遙遙領(lǐng)先。”但對(duì)羅伯特·揚(yáng)而言，量子領(lǐng)域的挑戰(zhàn)是如此復(fù)雜、且耗時(shí)耗力，任何國(guó)家都難以捷足先登。“我想，這年頭，要保密是很難辦到的。”