中国寻求在计算领域实现量子飞跃——《华尔街日报》

中国互联网公司百度近日发布了其自主研发的量子计算机，这一进展紧随美国企业之后。图片来源：百度中国正朝着与美国并列为量子计算领导者的目标迈进，这项前景广阔但难以捉摸的技术有朝一日或将推动科研突破，并彻底改变从金融、制药到物流和绿色能源等数据密集型行业。

以类谷歌搜索引擎闻名的中国互联网先驱百度公司于8月下旬宣布，已成功研制出量子计算机。这种实验性设备利用量子物理特性，能以远超传统电子计算机的速度进行运算。

此前，国际商业机器公司（IBM）、字母表公司旗下谷歌等美国企业近年来已取得类似成果。美国被普遍视为全球量子计算研究领域的领头羊。

百度表示，这台由金属板和导线组成、外形略似超大枝形吊灯的新计算机，可通过网站和移动应用免费供研究人员、工程师乃至学生使用。包括IBM和谷歌在内的美国公司也提供量子计算机的在线访问服务。

新加坡国立大学量子技术中心助理教授Yvonne Gao在介绍这台名为“乾始”（意为“天为万物之源”）的新型计算机时表示：“它将作为人们深入了解量子技术的基石，无疑会推动该领域的创新。”

量子计算设备能否最终走出实验室实现大规模商业应用，仍是科学界争论的焦点。但数学证明表明，完全成熟的量子计算机能在数秒内解决某些问题，而这些问题即便用最快的超级计算机也需要数千甚至数百万年才能完成。

量子计算机的非凡速度源于其使用的量子比特（qubit），而非传统计算机中表示数据的数字0和1。

传统比特只能取单一值，但编码在电子、光子、离子等亚原子或原子粒子中的量子比特可以同时处于0和1的叠加态。这种被称为“量子叠加”的现象，使量子比特在处理模拟物理世界或优化业务流程等特定计算时具有超高效能。

量子比特还具备量子纠缠特性，即相隔遥远的两颗粒子能像被无形纽带连接般同步镜像彼此行为。该特性可用于协调计算——周三（注：指2022年诺贝尔物理学奖公布日），三位验证此现象的物理学家荣获了诺贝尔物理学奖。

如何控制这些特性已被证明是一个巨大的挑战。将量子比特编程到正确的状态需要一个能与它们互动的设置。但要让它们保持这些状态足够长的时间以进行计算，则需要完全相反的条件：将它们与其他可能导致量子比特丢失编码信息的粒子完全隔离。

“这是一个巨大的工程悖论，”耶鲁大学物理学教授史蒂文·吉尔文说。

如果研究人员成功，量子计算机可能使电池制造商能够预测复杂的化学反应，从而设计出性能更高的设备。同样，通过帮助制药商模拟蛋白质折叠——这些大型生物分子形成其形状的复杂过程，量子计算机可能会加速新药的开发。

量子计算机还可能破解用于保护全球通信的标准加密形式——这对金融机构以及急于保护情报和军事秘密的政府来说是一个极为关切的问题。

量子物理学家表示，正是这种令人担忧的可能性——以及害怕落后的恐惧——推动了全球政府对这项技术的巨大兴趣和投资。

美国、德国、法国和印度等国家已承诺在未来几年内各自投入超过10亿美元的政府资金用于量子技术研究。北京并未公布其计划投资的数字，但中国媒体报道和美国政策研究团体，包括位于加州圣莫尼卡的智库兰德公司和麦肯锡，估计中国在同一时期的投入在10亿至超过150亿美元之间。

与美国相比，中国在量子计算领域起步较晚。中国最初致力于主导量子通信这一相关领域，该技术旨在开发一种几乎无法破解的加密方法。中国科技政策专家表示，这一初期重点可能是对2013年前美国政府承包商爱德华·斯诺登揭露华盛顿曾深度入侵中国互联网骨干网事件的回应。

2019年10月，位于纽约州约克敦高地的IBM研究设施中的一台量子计算机。图片来源：Misha Friedman/Getty Images在建设防黑客互联网的追求中取得领先地位后，北京将注意力转向量子计算的趋势日益明显，这体现在中国科学家日益增多的研究项目和突破上。这些工作推动了新兴的商业努力。百度量子计算研究所所长段润尧表示，百度依赖中国大学的创新来构建其计算机。

根据兰德公司2022年对科学论文的分析，美国仍在该领域保持领先。华盛顿已经试图减缓中国的进展。去年，美国商务部禁止向八家涉嫌支持中国开发量子军事应用的公司和实验室出口高科技设备。对制造先进硅芯片设备的更广泛出口管制也影响了量子计算机，因为量子计算机有时使用依赖相同制造技术的硅芯片。

与此同时，美国学术界表示，中国学生赴美从事量子研究的签证获取难度加大。“中国学生或博士后赴美时不能提及从事量子计算研究，这已成为常识，“德克萨斯大学奥斯汀分校量子信息中心主任斯科特·阿伦森表示。

美国国务院未回应有关签证签发政策的质询，但表示将国际学生和研究人员的流动视为优先事项。“我们欢迎包括中华人民共和国在内的世界各国学生学者，“发言人表示。

在北京启明量子计算机发布的会议上，深圳量子科学与工程研究院院长俞大鹏对美国设置的障碍和中国量子发展面临的内部挑战表示忧虑。“从事量子研究的人很多，但鲜见具有独创性突破或具备竞争力的技术，“俞博士坦言。

兰德公司等机构专家指出，中国在量子计算领域的进展推动了全球该领域发展，并称更多限制措施将延缓科学进步速度。兰德公司分析发现，半数量子研究论文产自国际合作，且美国科学家与中国科学家合著的量子论文数量超过其他任何国家。

量子计算机要实现全部潜力仍需大量研究。研究人员估算，要建造足以破解现有数据加密协议的量子计算机需要数百万量子比特——专家认为这一里程碑至少还需十年乃至更长时间。目前行业领军者IBM已研制出127量子比特的量子计算机，百度表示启明具备10量子比特，并计划明年发布36量子比特机型。

全球科学家正在寻找构建更复杂量子计算机的方法，包括尝试用不同粒子作为量子比特，并采用不同方法控制它们。目前最主流的量子计算机设计——由IBM、谷歌、Rigetti及百度正在研发的类型——依赖于一种将计算机芯片冷却至超低温的装置，从而诱导其电子进入量子态。

企业也在探索过渡性商业应用，例如改进金融资产管理或航运路线优化，这些应用可能仅需数百或数千个量子比特就能实现。量子物理学家更有信心这类计算机将在几年内问世。

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更正声明百度计划明年发布36量子位计算机。本文早期版本误报为32量子位计算机。（已于10月6日更正）