“中美同日宣布在量子芯片取得重大突破，但方法和所获评价截然不同”

【文/观察者网 熊超然】“全球争夺量子霸权的竞赛愈演愈烈，中美两国的研究团队在本周出版的权威同行评议期刊《自然》上各自宣布了重大研究成果。”

香港《南华早报》2月21日报道指出，当北京大学和山西大学的研究人员宣布在光量子芯片上实现了全球首个大规模量子纠缠簇态之时，微软的一个研究团队则声称已创建了拓扑量子比特，这通常被视为该技术发展的“圣杯”（holy grail）。

报道形容，作为当今这场“芯片战”的两大阵营，中美双方在同一天宣布取得了科研突破和质的飞跃。更加值得注意的是，两大研究团队在论文中所揭示实现稳定且无错误的量子比特（qubits）的方法和路径，则是完全截然不同。

不仅如此，在两方论文同时发表后，所得到的评价也不相同。中方研究团队通过扎实的实验验证，填补了光量子芯片关键技术的空白，《自然》杂志的审稿人高度评价称，这是“可扩展量子信息领域的一个重要里程碑”。

而反观微软的研究，一些专家确实肯定了其研究成果的开创性，但也有审稿人持有怀疑和争论，认为该团队公布的研究内容“操之过急”，论文“用词误导且含糊不清”，各方面看上去都“相当草率”。一些权威机构还指出其中说法缺乏证据论证，而即便是微软研究人员自己也承认，需要进一步实验才能找到相关确凿证据。

2月18日，北京大学博士研究生、论文第一作者贾新宇展示集成光量子芯片（受访者供图）。 新华社发

中方攻克难关，取得“重要里程碑”

2月20日，北京大学物理学院现代光学研究所王剑威教授和龚旗煌教授课题组与山西大学苏晓龙教授课题组合作，在《自然》上发表突破性研究成果——中国科研团队成功实现全球首例基于集成光量子芯片的“连续变量”量子纠缠簇态。相关专家表示，该成果填补了采用连续变量编码方式的光量子芯片关键技术空白，也为光量子芯片的大规模扩展及其在量子计算、量子网络等领域的应用奠定重要基础。

集成光量子芯片是一种能在微纳尺度上编码、处理、传输和存储光量子信息的先进平台。如何在光量子芯片上实现大规模量子纠缠是国际量子研究难题。量子纠缠簇态作为一种典型的多比特量子纠缠态，是量子信息科学的核心资源，然而其确定性、大规模制备面临巨大实验困难，尤其连续变量簇态的光量子芯片的制备和验证技术在国际上仍属空白。

经多年攻关，中方研究团队成功攻克关键技术瓶颈，创新性发展了连续变量光量子芯片调控、多色相干泵浦与探测技术，实现了确定性、可重构的纠缠簇态制备，并对簇态纠缠结构进行实验验证。

《南华早报》指出，中方研究利用光来生成和控制一个相互连接的量子态网络，这表明在微小芯片上构建量子网络的潜力——这是迈向基于量子技术的互联网的关键一步，在这种互联网中，信息可以安全、高效地共享。

“这是我国科学家在集成光量子芯片技术领域取得的新突破。”龚旗煌表示，这一原创成果为大规模量子纠缠态的制备与操控提供了全新的技术路径，对推动量子计算、量子网络和量子模拟等领域的实用化发展具有重要意义。

此前，包括美国、欧洲和日本都曾尝试过类似的实验，而一位《自然》杂志审稿人如今则评价：“这项工作首次在光量子芯片上实现多比特的连续变量量子纠缠，是可扩展光量子信息处理的一个重要里程碑。”

基于集成频率梳微腔的连续变量纠缠簇态制备、调控与探测原理与方案图 北京大学物理学院现代光学研究所

微软高调宣布，学界：操之过急、草率

与此同时，微软研究团队也在《自然》上发表了论文，宣布其新研发一款名为“马约拉纳1号”（Majorana 1）的芯片是“量子计算领域的一项突破”。

据介绍，这种芯片采用所谓的“拓扑超导体”——一种既非固体、也非液体或气体的材料，制取可以按比例扩展为高性能量子计算机的构造模块。

微软公司在其网站的一篇博客文章中写道，这项技术正朝着“利用数百万个潜在量子比特协同工作，在单个芯片上解决从发现新药物到革命性材料等一切无法解决之问题”的目标迈进。也就是说，微软方面称，可以将其开发的这种芯片按比例扩展，从而使之包含100万个量子比特，但并未说明这项工作需要多长时间。

不过，微软的说法在科学界也引发了怀疑和争论，一些人认为，该研究团队过早地公布了研究成果，有些操之过急。

一位审稿人批评这篇论文“用词误导且含糊不清”，将理论预测、器件设计和实验结果“以一种相当草率的方式”混合在了一起。当然，也有不同意见的审稿人写道：“我不同意审稿人的观点，认为这不是坚实的成果。我仍然觉得，能做到这一点真是太令人惊讶了。”

缺证据、存缺陷，微软已遭受重大打击

《南华早报》介绍，量子比特以其对热量和噪声的极度敏感性而闻名，这使得它们不稳定且容易出错。为此，世界各地的研究团队正在采取各种方法来解决这个问题，以使量子计算成为可能。

由于采用了编织设计，拓扑量子比特预计会比传统量子比特更稳定、更准确，从而使量子计算机能够处理远超当前机器能力的高度复杂性问题。

微软研发的“马约拉纳1号”（Majorana 1）芯片 微软网站

来自瑞士巴塞尔大学和奥地利科学技术研究所（ISTA）的物理学家告诉《自然》杂志的新闻团队，微软可能操之过急，只展示了中间结果，但没有提供拓扑量子比特存在的证据。

事实上，微软的研究人员也承认，虽然他们的测量显示出了奇异量子态的积极迹象，但尚未提供确凿证据，还需要进一步的实验。

微软方面的这番承认，其实正是在它们此前遭遇过挫折的背景下作出的。2018年，微软资助的一家荷兰实验室同样在《自然》上发表了一篇论文，后来因数据分析存在缺陷而被正式撤回，这对于微软的量子战略而说可谓一个重大打击。

中美量子竞赛，未来更加激烈

《南华早报》称，就在微软团队将量子计算的希望寄托在拓扑量子比特上时，中国的研究人员在设计芯片时则采取了截然不同的方法。

中方研制的芯片比微软的芯片更小，并且使用了在室温下运行的基于光子的技术。相比之下，“马约拉纳1号”芯片依赖于超导材料，而这些材料需要在极低温度下才能工作。

报道指出，在更广泛的全球竞争中，谷歌也取得了突破进展。去年12月，谷歌宣布在量子计算领域取得进展，发布了一款名为“威洛”（Willow）的芯片。谷歌称，该芯片能够在5分钟内完成传统超级计算机即便耗尽全部时间也无法完成的计算。

而在更早之前的去年8月，谷歌发表论文宣布在量子计算领域取得重大突破，仅一个星期后，美国政府就强化了对中国量子计算的出口管制，与量子计算相关的一切——从设备、组件、材料到软件和技术——都不许向中国出口。

2月18日，北京大学王剑威教授（前排坐者）与团队成员在北大实验室展示硅基光量子芯片晶圆（受访者供图）。 新华社发

观察者网《好评》栏目此前就指出，量子计算已成为全球科技竞争的战略高地，在关键设备的禁运和技术的重重封锁下，中国科研工作者们还是以惊人的速度追赶并缩小了与国际先进水平间的差距，并在一些重要领域实现了自主化突破。

但不可否认的是，差距依然存在，我们须保持清醒的认识和紧迫感。量子计算不仅将重塑全球信息技术的基础架构，也将对世界经济、国家安全战略乃至人类社会的未来产生深远的影响。世界正在为迎接一个超大算力的量子时代做准备，当技术壁垒的高墙难以撼动，我们能做的就是扎下根来。

“在量子技术领域，中国的存在感显著上升。”日经中文网去年11月21日报道称，从可实现超高速计算的“量子计算机”公开专利数量来看，中国已超越美国，位居第一。

报道称，中国在量子科技的实际应用领域也领先于其他国家。通过“墨子”号量子通信卫星的中介，中国建成了一条从北京经由合肥再到上海全长2000多公里的量子通信干线。

根据美国波士顿咨询集团的预测，量子计算机将在2040年前催生4500亿至8500亿美元的经济效益。考虑到广阔的市场前景和维护国家安全的需要，中美在官方、民间和学术领域的主导权之争未来还将更加激烈。

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