部分領(lǐng)先中國美國量子計(jì)算獲突破(全球首個(gè)1000量子比特芯片面)
等彩虹
計(jì)算機(jī)的發(fā)明和廣泛應(yīng)用對人類的科學(xué)研究、生產(chǎn)生活等產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的信息存儲(chǔ)能力、自動(dòng)化和高速計(jì)算能力,可以在短時(shí)間內(nèi)處理海量數(shù)據(jù)。為了滿足人類對處理更多數(shù)據(jù)的需求,人們構(gòu)建了超級計(jì)算機(jī),其計(jì)算數(shù)據(jù)處理能力獲得了巨大的提升。
超級計(jì)算機(jī)仍然無法滿足人類的需求。為了解決這個(gè)問題,一種基于量子力學(xué)原理的全新計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。量子計(jì)算機(jī)相較于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)大的算力,能夠解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以解決的復(fù)雜問題,加速科學(xué)研究的進(jìn)展。此外,量子計(jì)算機(jī)還可以加速人工智能的發(fā)展,因?yàn)槿斯ぶ悄芩惴ㄍǔP枰罅康挠?jì)算資源。
由于量子計(jì)算機(jī)對未來世界格局以及人類科技發(fā)展具有重大意義,世界各大國都投入了大量的人才和資源進(jìn)行研究。雖然中國在量子計(jì)算機(jī)技術(shù)方面處于全球領(lǐng)先地位,但美國作為世界第一科技大國,也在量子計(jì)算機(jī)技術(shù)研究方面取得了重要成果。
近期,美國IBM公司在2023年12月初召開的量子峰會(huì)上宣布了重大成果,發(fā)布了多款量子計(jì)算軟硬件產(chǎn)品。
其中最引人注目的是一款名為“IBM量子系統(tǒng)2”的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī),其基于第3代量子芯片Heron。IBM量子系統(tǒng)2配備了3個(gè)Heron超導(dǎo)量子芯片,每個(gè)芯片擁有133個(gè)量子比特。設(shè)備采用六邊形的模塊化設(shè)計(jì),單臺重達(dá)9噸,寬6.7米、高4.6米。這種模塊化設(shè)計(jì)便于擴(kuò)展,可以通過連接形成更強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。
由于采用了超導(dǎo)量子比特,該設(shè)備的體積巨大。超導(dǎo)量子比特的硬件基礎(chǔ)是約瑟夫森結(jié),它由兩個(gè)超導(dǎo)體夾著一個(gè)絕緣層構(gòu)成。通過向約瑟夫森結(jié)發(fā)射微波光子,可以操控庫珀對,從而保存、更改和讀出單個(gè)量子比特的信息。此外,IBM還在峰會(huì)上發(fā)布了另一款名為“Condor”的超導(dǎo)量子芯片,擁有1121個(gè)量子比特,是世界上第一個(gè)超過1000量子比特的量子芯片。
雖然中國在超導(dǎo)量子計(jì)算方面也有研究,早在2021年,中國就構(gòu)建了國際上量子比特?cái)?shù)最多的66量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之二號”。這一成就得益于中國的重要科學(xué)家潘建偉院士,他被譽(yù)為中國的“量子之父”。但美國谷歌公司推出的70個(gè)量子比特的量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木二代”已經(jīng)打破了“祖沖之二號”的紀(jì)錄。而從已公布的研究成果來看,美國在超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)研究方面的技術(shù)水平已經(jīng)強(qiáng)于中國。
這種情況的出現(xiàn)源于中美在量子計(jì)算領(lǐng)域的競爭。中美兩國都意識到了量子計(jì)算的重要性,并將其視為國家戰(zhàn)略的一部分。兩國都在加大對量子計(jì)算研究的投入,以爭奪技術(shù)領(lǐng)先地位。
中國在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了一些重要的突破,如潘建偉院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在2020年實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán),即在特定任務(wù)上超越了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的能力。中國還在超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)方面取得了一定的進(jìn)展,構(gòu)建了具有大量量子比特的原型機(jī)。
美國在量子計(jì)算領(lǐng)域也有自己的優(yōu)勢和突破。谷歌公司在2019年宣布實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán),并展示了其72量子比特的量子計(jì)算原型機(jī)。IBM公司也在不斷推進(jìn)量子計(jì)算技術(shù),發(fā)布了新的量子計(jì)算硬件和軟件產(chǎn)品。
中美在量子計(jì)算領(lǐng)域的競爭不僅體現(xiàn)在技術(shù)上,還涉及到政策、資金和人才等方面。兩國都制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃,并投入了大量的資金用于研究和發(fā)展。同時(shí),吸引和培養(yǎng)高水平的科學(xué)家和工程師也成為兩國的重要任務(wù)。
中美之間的競爭推動(dòng)了量子計(jì)算技術(shù)的突破和進(jìn)步。無論是中國還是美國,都在努力推動(dòng)量子計(jì)算的發(fā)展,并希望能在這一領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位。這種競爭有助于推動(dòng)科學(xué)研究的進(jìn)展,加速了量子計(jì)算技術(shù)的商業(yè)化和應(yīng)用推廣。