全球科技封鎖加劇，中國量子計算如何追趕？
2024年12月9月，谷歌向市場拋出了一顆重磅炸彈，其最新發布的量子計算芯片“柳木”（Willow）可以在5分鐘內，解決一臺傳統超級計算機大約10的25次方年才能解決的問題。而比性能上的突破影響更爲深遠的，是谷歌在Willow芯片上解決了一個更重大的課題，實現了低於表面碼閾值的量子糾錯。儘管這些技術名詞對普通公衆來說可能顯得陌生，但它們確實爲未來建造更大、更復雜的量子計算機奠定了堅實的基礎。
這一消息發佈後，甚至讓比特幣的價格一度出現大跌。雖然這一擔憂有些過於“超前”了，但它確實也反映了這樣一個事實，那就是隨着摩爾定律逐漸逼近物理極限，傳統硅基計算機性能的提升速度已經顯著放緩，作爲下一代計算技術的量子計算，如今已經成爲全球各國和各行業關注的核心焦點，甚至成爲大國科技競爭的新戰場。
第二塊里程碑
2019年，谷歌高調宣佈其已經實現了“量子霸權”（Quantum Supermacy），在進行一項名爲隨機線路採樣（Random Circuit Sampling，RCS）的任務中，量子計算機只花了200秒就解決了問題，而對同樣的問題，傳統計算機卻需要花費一萬年的時間來解決，證明了量子計算機在處理特定領域的問題中，相比傳統計算機具有顯著的優越性。
谷歌使用的“懸鈴木”量子計算機
爲什麼量子計算機能如此高效地完成任務，需要先理解其背後的原理。
假如現在有一個複雜的、四通八達的管道，而我們想要知道把水同時從所有入口灌入網絡後，在所有出口的流量分佈會是什麼樣子。傳統計算機的做法就是逐點地去模擬“水的流動”，先把管道的網絡圖在電腦中逐段拆解、再用流體力學公式去精確計算每一段管道里可能的流量、壓力、干擾和湍流…一旦管道的數量和分支大幅增長，所需的計算量就會爆炸式地增長，讓模擬變得極其耗時。
而量子計算機的做法，就是直接搭建一個真實的管道，往裡面實際灌水，最後在出口處測量流量的分佈。
谷歌的隨機線路採樣任務可以看作上述管道類比的量子版應用，這裡的“四通八達的管道網絡”對應隨機量子電路中錯綜複雜的量子門和連線方式。由於量子計算機本身是基於真實世界的量子力學規律構建的，因此它們能夠更自然、更快速地處理這些問題，不需要額外“解方程”就可以得到答案。
這就是量子計算的其中一種應用，量子計算以獨特的量子位和量子態及其轉換，加速數據搜索和大整數分解，可以獲得超高性能的信息處理能力。它或許不一定能讓我們打遊戲變得更流暢，但在現實中有許多複雜的問題，諸如發現新藥物、設計先進材料、優化供應鏈、模擬氣候、破解密碼、機器學習等，如果使用經典計算機，則需要消耗大量的算力進行運算，而利用量子算法可以提供一個更爲高效的解決方案。
然而，儘管量子計算已經展現了巨大的潛力，但它們距離廣泛的應用還有很長的路要走。
2020年，谷歌曾在其網站上發佈過一張“路線圖”，勾勒了量子計算從實驗室到大規模應用之間需要幾個關鍵節點。
在這份路線圖上有六個重要的“里程碑”，排在首位的是“超越經典”（Beyond Classical），也就是證明量子計算機在解決特定問題上，具有超越傳統計算機的能力，能做到傳統計算機難以做到的事。2019年穀歌所證明的“量子霸權”（也叫“量子優越性”），就是這其中的第一塊里程碑，但處在這個階段的量子計算機還是無法被大規模地應用，因爲它尚且還不具備可擴展性和容錯能力。
傳統計算機使用晶體管作爲基本的物理組件來構成更復雜的電路，而與之相對地，量子計算機中最小的計算單位則是量子比特（qubits）。量子比特的運行速度極快，但也十分脆弱，很容易受到振動、溫度和電磁場等微小擾動的影響而迅速退相干（decoherence），導致錯誤頻出。使用的量子比特越多，發生的錯誤也就越多。
這一限制使得現階段的量子計算機，都難以穩定地執行復雜的運算任務。換句話說，想要實現大規模的量子計算，實現有效的糾錯是必須要完成的“前置條件”，這就是量子計算需要征服的第二塊“里程碑”——量子糾錯。
傳統計算機也可能出錯，但工程師們已經開發出了許多成熟的檢查和糾正機制，比如奇偶校驗、循環冗餘校驗（CRC）、錯誤糾正碼（Error-Correcting Code）。但量子比特有一個特別的性質：一旦你測量它，就會改變它的狀態。這意味着，如果我們試圖通過測量來檢查錯誤，就破壞原本的量子信息。而根據量子力學的基本原則，未知的量子態不能被精確複製，在傳統計算機中通過複製數據來進行糾錯的方法，在量子世界裡也不適用。
有一種思路叫量子糾錯碼（Quantum error-correcting code，QECC），把量子信息分佈在多個物理量子比特上，用大量的物理量子比特來編碼成一個“邏輯量子比特”，通過提供信息的冗餘，來降低出錯的概率，延長量子比特的壽命。但量子糾錯需要編碼、製備輔助比特、探測錯誤和糾正錯誤等多種操作，每一步都可能帶來額外的錯誤，造成“越糾越錯”的尷尬局面。
換句話說，量子糾錯中也存在一個“盈虧平衡點”，只有在各個環節都完成高精度的操控，才能突破這個平衡點，讓量子糾錯“越糾越對”，否則就會“越糾越錯”。
2023年2月，谷歌團隊發表了一篇名爲《通過擴展表面編碼邏輯量子比特來抑制量子誤差》（Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit ）的論文。在這篇論文中，研究人員在具有72量子比特的第二代“懸鈴木”（Sycamore）量子芯片上使用表面碼（Surface Code）進行量子糾錯。
表面碼（Surface Code）是一種先進的量子糾錯方法，就像是用量子比特編織了張大而複雜的“漁網”，我們不用挨個去檢查漁網的每個結點是否牢靠，而是直接通過觀察漁網的整體狀態，比如是否有斷裂或者褶皺，來判斷漁網是否有破損的跡象。就算單個結點出了問題，漁網的整體功能還是可以保證。而這個漁網越大、結點越密，理論上出現問題所受到的影響就越小。
黃色格點是數據量子比特，藍色的格點負責檢查錯誤。當錯誤出現時，周圍的藍色格點變成了紅色
研究人員首先嚐試了碼距爲3的表面碼，也就是使用3X3的物理量子比特來編碼邏輯量子比特（外加8個用於測量的量子比特，總共17個），然後再進一步，達到一個距離爲5的表面碼（總共49個量子比特）。研究人員發現：相比碼距爲3的時候，碼距爲5的錯誤率降低了約2%到4%的水平，證明了更大的碼距可以帶來更低的錯誤率。
此後，谷歌的團隊又對硬件進行了大量的改進和優化。2024年初，團隊在一顆具有72個量子比特的新芯片“柳木”（Willow）上進行測試，發現錯誤率降低的不止一點，而是40%多，再經過幾個月的時間，團隊把這一數字提高到了50%。研究人員還想嘗試進一步擴大碼距會發生什麼，但受限於硬件水平，碼距爲7的表面碼需要49+48=97個量子比特，已經超過了當時谷歌已有芯片的極限。
谷歌的表面碼網格示意圖，黃色爲數據量子比特，其他顏色爲測量量子比特
直到今年8月，擁有105個量子比特“柳木”芯片問世，在這顆新芯片上，研究人員創建了9個距離爲3、4個距離爲5以及1個距離爲7的表面碼，而收集到的數據顯示，隨着表面碼碼距從3到5再到7的每一次拓展，編碼的錯誤率會以2.14的倍率呈指數下降，並且邏輯量子比特的壽命超過了所有組成它的物理量子比特的壽命，突破了量子糾錯的“盈虧平衡點”。
每週期邏輯錯誤隨表面碼距離d的變化
雖然“柳木”芯片的操作保真度約是“懸鈴木”的2倍，但其編碼錯誤率卻大幅改善了近20倍。從理論上說，人們可以通過構建更多的邏輯量子比特，來實現更高的性能、更低的錯誤率以及更長的量子比特壽命，爲量子計算機的大規模推廣應用打下基礎。
這項研究結果被記載於論文《低於表面碼閾值的量子糾錯》（Quantum error correction below the surface code threshold ）中，並在今年的8月份發表在了預印本平臺arXiv上。這項研究成果與2023年2月所發佈的研究一起，確立了量子計算領域的第二座重要里程碑——量子糾錯領域取得了重大的突破。
儘管還有許多重要的課題有待解決，容錯量子計算距離實用化還有不小的距離，但有了這些研究的打底，科學家們已經可以更加自信地探討如何利用規模效應來推動量子計算的發展了。如同經典計算機所經歷的“摩爾定律”所描述的技術進步一樣，Google量子人工智能實驗室主任哈特穆特·乃文（Hartmut Neven）也曾提出過一個類似於摩爾定律的預測，認爲量子計算能力的增長速度將呈現雙指數增長，遠超傳統半導體技術的指數級增長速率。通過不斷改善量子比特的性能、開發更先進的糾錯技術、構建更多的邏輯量子比特，可以在量子比特數量大幅提升的同時，將錯誤率降至多個數量級以下。
在Google設定的第三個里程碑目標中，物理量子比特的數量將會超過上千個，同時100萬次計算中出現的錯誤將會少於1次。而在更遠的未來，要讓量子計算機的大規模應用成爲可能，人類將至少需要100萬個物理量子比特，並且在10萬億次計算中出現的錯誤少於一次。
中國的位置
作爲前沿科技的量子計算，正逐漸從理論研究向實際應用過渡，但要成爲廣泛可用的工具還尚需時日，即使是最樂觀的預測也認爲至少要到2030年，但科學家們已經成功地邁出了其中至關重要的第一步和第二步。以谷歌爲參照，中國的位置又在哪裡？
2019年穀歌通過“量子隨機線路採樣”（RCS）的方式成功證明量子優越性後，在2020年12月，中科大陸朝陽、潘建偉團隊在《科學》（Science）期刊上發表了名爲《利用光子實現量子計算優越性》（Quantum computational advantage using photons ）的研究論文，使用專用量子計算機“九章”實現了高斯玻色採樣（Gaussian boson sampling）問題的快速求解，比當時最快的超級計算機快了一百萬億倍，使我國僅次於美國，成爲了全球第二個證明“量子優越性”的國家。
利用光子實現量子計算優越性
隨後在2021年6月，中科大潘建偉、朱曉波團隊在arXiv上發表論文《超導量子計算處理器的強量子計算優越性》（Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor ），使用最新研製的包含66個量子比特的超導量子計算機“祖沖之二號”，實現了對“量子隨機線路取樣”（RCS）任務的快速求解。
自從谷歌在2019年成功證明“量子優越性後”，經典計算機領域也迅速做出了“回擊”，研究人員們開發出了一系列更高效的經典模擬算法，這些算法在某些情況下，能夠顯著縮小與量子計算結果之間的差距，使得最初的量子優越性證明看起來不那麼絕對。
而“祖沖之二號”的意義在於其重申了量子計算的潛力。對於同樣的RCS任務，“祖沖之二號”僅需1.2小時即可完成，而使用當時最先進且效率最高的張量網絡模擬方法的經典超級計算機，則需要8.2年的時間來完成相同的任務，這意味着“祖沖之二號”的速度比傳統超級計算機快大約一千萬倍。中國成功繼谷歌之後，在超導量子計算機的路線上再次實現了對“量子優越性”的證明。
超導量子計算處理器的強量子計算優越性
在谷歌成功證明“量子優越性”的兩年時間內，中國科研團隊緊隨其後，並分別在兩條不同的技術路線上實現了對“量子優越性”證明。在這之後，中國團隊也迅速地調整了方向，將重心轉向了對下一個挑戰——量子糾錯問題的攻克上。
2022年，中科大潘建偉、朱曉波、彭承志、陸朝陽等學者合作，在此前研發的祖沖之二號量子計算機的基礎上，推出了升級版本——“祖沖之2.1號”，並首次實現了碼距爲3的表面碼的重複糾錯，將邏輯誤差率與未進行任何糾錯時的邏輯誤差率相比減少了20%，證明了使用表面碼進行重複量子糾錯的可行性，爲後續開發更加複雜和高效的大規模量子糾錯機制提供了重要的理論和技術支持。研究結果被髮表在了2022年7月11日的《物理評論快報》 上，隨後谷歌團隊在2023年2月發佈的關於第二代“懸鈴木”量子計算機的研究中，證明了碼距爲5的表面碼糾錯能力超過了碼距爲3時的表現，並且在論文中引用了中科大團隊的前期工作。
實現超導量子比特糾錯表面碼
2023年3月，南方科大的俞大鵬團隊在《自然 》期刊上發表論文，基於玻色編碼的量子糾錯方案，通過實時重複的量子糾錯技術延長了量子比特的壽命，在國際上首次突破了量子糾錯的“盈虧平衡點”。儘管這一成就沒有像谷歌前段時間發佈的“柳木”（Willow）芯片那樣引起公衆廣泛關注，但在量子計算領域中同樣是一項具有里程碑意義的發現。
南科大團隊的這份研究相較於谷歌的工作，其獨特價值在於首次實證了量子糾錯技術能夠帶來正向的效益。在此之前，儘管量子糾錯一直是研究的熱點，學術界也進行了大量的研究，但即使經過糾錯處理後，邏輯量子比特的壽命和錯誤率仍然遜於物理量子比特的表現。而南科大團隊經過大量的調整優化，證明了量子糾錯確實比沒有糾錯的最好的效果還要好，說明量子糾錯確實是一個正確的方向，意義十分重大。因此在今年的2月，南科大的這份研究被國家自然科學基金委員會認定爲2023年度的“十大科學進展”之一。
用離散變量編碼的邏輯量子比特突破盈虧平衡點
而相較於南科大的這份研究，谷歌在今年8月公佈的研究成果意義則在於，將此前使用玻色編碼的實驗結果進一步拓展 到了多量子比特的表面碼體系上，並首次在這一體系中實現了盈虧平衡點的突破。由於表面碼體系具備較好的容錯性和明確的擴展路徑，非常適合大規模量子計算的需求，被認爲是超導量子計算技術發展理想的糾錯碼形式，是當前行業內的主流發展方向，因此同樣具有十分深遠的意義。
而就在前不久的12月17日，潘建偉、朱曉波團隊發表預印版論文 ，與中科大、國家實驗室、國盾量子等九家單位聯合攻關，開發出了具有105個量子比特的祖沖之3.0號超導量子計算原型機，併成功執行了更大規模的隨機電路採樣實驗，擴大了與經典計算機的差距。目前國家實驗室正在基於“祖沖之三號”，準備在未來的幾個月內實現碼距爲7的表面碼邏輯比特，並進一步將碼距擴展到9和11，爲實現大規模量子比特的集成和操縱鋪平道路。
可以說，在量子計算這一前沿科技領域，中美兩國科研團隊之間是“你追我趕”的態勢，雙方的差距已經縮小至一到兩年之內。中國科研團隊在這個過程中，取得了一系列具有深遠意義的研究成果，也爲全球科學界貢獻了寶貴的智慧。儘管在具體的技術路線選擇上還存在一些分歧，但長遠來看，實現可擴展、通用且可容錯的量子計算並不存在原則性的障礙。隨着近年來學術界連續攻克關鍵里程碑，一系列重要的科研成果相繼問世，量子計算的重要意義愈發凸顯，已經成爲各國政府競相關注的核心議題之一，而中美兩國在這個前沿領域的競爭也日益白熱化。
競爭正在加劇
美國在量子計算領域的最新進展展現了其技術優勢，這對我們來說既是一種激勵，但同樣也是一種壓力。
今年9月5號，就在谷歌團隊發論文宣佈實現低於表面碼閾值的量子糾錯這一突破性進展的一個星期後，美國商務部就強化了對中國量子計算領域的出口管制，將量子計算機及所需要的設備、組件、材料、軟件和技術全部納入到了管控範圍內，嚴格限制中國獲得相關的技術。
美國高度重視量子計算的戰略性意義。2018年12月，美國通過《國家量子倡議法案》（National Quantum Initiative Act，簡稱NQI法案），授權撥款超過12億美元資金，分配給美國國家標準與技術研究院（NIST）、美國國家科學基金會（NSF）和美國能源部（DOE）等機構，用於加速量子信息科學的研究與開發，並確保美國在量子科技領域的全球領先地位。
《國家量子倡議法案》使美國政府成爲了量子信息領域迄今爲止爲主最大、最慷慨的研究資助方，自法案實施五年多以來，美國政府在這一領域實際投資的規模，已經遠遠超過了原計劃的金額。從2019到2023財年，美國政府在量子信息領域累計投資的金額已經達到了37.38億美元，是原計劃的三倍多，並且每年投資額還在以超過20%的速度穩步增長。此外，美國政府在2022年8月通過的《芯片與科學》法案中，也涵蓋了量子科學網絡、科學和技術量子用戶擴展計劃、量子網絡和通信研究與標準化、下一代量子領導者領航計劃四個量子信息相關項目，總投資金額也達到了1.53億美元每年。
《國家量子倡議法案》於去年年底到期後，美國國會緊接着又通過了《國家量子倡議再授權法案》（National Quantum Initiative Reauthorization Act），將未來五年對量子信息領域的投資額提高到了18億美元。就在這個月的月初，美國國會又提出了新版的《國家量子倡議再授權法案》，準備在原法案的基礎上，將對量子信息領域的研發撥款從18億美元提高至27億美元，同時大幅延長了法案的授權期限。
美國政府在大舉增加對國內量子信息技術投資的同時，也在不斷升級對中國量子領域的技術封鎖。
以目前量子計算最主流的超導量子計算機爲例，爲了讓超導量子計算機可以穩定運行，需要將溫度穩定在20mK（−273.13°C）以下，非常接近於-273.15的絕對零度，需要使用稀釋製冷機來達到這個溫度。稀釋製冷機是超導量子計算機的核心裝備，一臺超導量子計算機所需的稀釋製冷機，其價格一般在幾百萬至一千萬人民幣之間。全球稀釋製冷機市場超過九成的份額都被兩家外國公司瓜分，分別是位於芬蘭的布魯福斯（Bluefors）和位於英國的牛津儀器（Oxford Instruments）。
稀釋製冷機的內部結構
稀釋製冷機的製冷功率大小，直接影響到了量子計算機能夠支持的最大量子比特數量，成了制約量子計算進一步發展的瓶頸。2021年11月，美國政府將合肥微尺度物質科學國家研究中心、科大國盾量子、上海國盾量子三家量子計算相關企業列入實體清單，限制關鍵設施對中國的出口。
美國在對中國科技企業進行出口管制的同時，也要求其盟友跟進，對中國禁運包括稀釋製冷機在內的量子計算機核心部件以及量子計算機整機，利用《瓦森納協定》（Wassenaar Arrangement）等多邊機制，通過切斷關鍵技術和組件供應鏈的方式，來削弱中國的技術創新能力。2023年6月，西班牙修改法令對量子技術技術實施出口管制；2024年2月，法國政府頒佈命令，規定量子計算機及其組件向非歐盟國家出口需要獲得法國軍民兩用機構SBDU的許可；3月，英國商業和貿易部修訂出口管制條例，規定量子計算機及其相關組件的出口將需要申請許可證；4月，日本經濟產業省宣佈量子相關產品的出口將受到限制；6月加拿大修訂出口管制清單，將一系列量子技術相關商品和技術納入到需要嚴格監管的範疇之內。
隨着一系列禁運措施的實施，稀釋製冷機在中國面臨着供不應求的局面。根據光子盒研究院的統計數據，2021年和2022年，中國分別進口了60臺和53臺稀釋製冷機，但到了2023年，進口加國產僅成交了15臺，到2024年已經徹底無法再進口。
美國對量子計算領域的管控措施不僅限於關鍵設備的封鎖禁運，還進一步延伸到了科研與市場環境的極限擠壓。
2023年8月，美國總統拜登簽署行政命令，美國財政部發布了一系列新規，禁止或限制美國個人或企業對中國的半導體、量子信息以及人工智能領域進行投資。而在這之中，量子信息又是唯一一個被全面禁止、且不存在任何“例外”的投資禁區。具體而言，新規覆蓋了所有與中國量子計算機及相關組件、量子傳感器、量子網絡和量子通信系統有關的領域，旨在全面遏制中國在量子技術方面的進展。這些措施不僅強化了既有的出口管控政策，還將監管的範圍擴大到了金融投資領域，迫使美國投資者重新評估其在中國的投資策略，爲中國量子計算的發展增添了額外的挑戰。
美國政府對中國半導體、量子信息以及人工智能實施投資禁令，量子信息是其中唯一一個沒有任何“例外”的領域
2023年11月，阿里巴巴確認放棄量子計算的研發，宣佈解散達摩院量子實驗室，連同實驗室以及量子實驗儀器捐贈予浙江大學。兩個月後，百度也宣佈將放棄量子計算實驗室，將旗下實驗室與設備捐贈給了北京量子信息科學研究院。
和美國谷歌、IBM等市場化科技巨頭主導了量子計算髮展的格局不同，在中國，量子計算相關研究的主要推動力量還是更多地來自於諸如中科大、南方科大、中科院、北京量子信息科學研究院等科研院校。隨着中美之間圍繞量子計算的科技競賽不斷升溫，以及由此帶來的限制性政策的增加，預計在未來相當長的一段時間裡，廣大的科研院校還將繼續在中國的量子計算研究發揮“中流砥柱”的作用。在日益複雜多變的國際環境下，如何做好產學研協同，已經成了一個關鍵的問題。這或許需要國家提供更多的科研資金、以及政策上的支持，並協調更多有耐心的市場力量參與進來，以共同應對全球競爭帶來的複雜挑戰。
同志仍需努力
即便在美國的重重封鎖之下，中國的科研學者們還是在一些關鍵領域取得了重要的突破。
以前面提到的稀釋製冷機爲例，2021年，中科院物理研究所攻克了無液氦稀釋製冷機熱交換器製作等多項核心技術，自主研發了無液氦的稀釋製冷機原型機，實現了10.9mK，即相當於-273.1391攝氏度的長時間穩定連續運行，達到了國際主流產品的水平。此後又經過了一年多時間的工藝優化和固化，中科院物理所進一步提升了技術性能，研製出的新一代工程樣機不僅能夠長時間連續穩定運行，最低溫度也降至7.6mK（-273.1424度），同時製冷功率達到了450μW@100mK，即在100mK（-273.05度）的溫度下，製冷機能提供450微瓦（μW）的製冷功率，與國外主流的中型商業稀釋製冷機相當。
物理所10mK原型機
2023年，國盾量子在自主研發和中科大專利許可支持下，研發出國產稀釋製冷機“ez-Q Fridge”，並向多家科研單位交付了搭載該製冷機的量子計算機，該型號製冷機專門針對超導量子計算的需求進行設計，能爲量子芯片提供低至10mK（-273.14度）級別的極低溫低噪聲環境，製冷功率達到450uW@100mK，並經過多月的測試，證明了其長時間連續穩定運行的能力，成爲國內首款可商用可量產的超導量子計算機用稀釋製冷機。而在今年的6月份，本源量子在合肥下線了國產稀釋製冷機SL1000，製冷功率可以達到1000uW@100mK，已經十分接近國際上的先進水平。
國外主流商用稀釋製冷機產品與國內研究進展
而在另一個長期被“卡脖子”的關鍵領域——低溫同軸線纜上，中國的科研人員也在前段時間取得了進展。這一部件曾長期被日本壟斷，中國不得不依賴高價進口來滿足需求。而就在不久前的2024年5月，本源量子宣佈成功攻克了極低溫特種高頻同軸線纜的技術難題，實現了這一重要部件的國產化。
今年6月，國盾量子宣佈成功研發國產抗干擾氧化釕溫度計ezQ-RX56，起測溫度接近6mK，結束了我國低於10mK溫區的氧化釕溫度計依賴從外國進口的歷史。
儘管取得了這些突破，我們仍然要看到中國與國際先進水平之間還是存在一些差距。革命尚未成功，同志仍需努力。
在最新的論文中，谷歌的研究人員將量子比特錯誤率的大幅抑制歸功於一項名爲“能隙剪裁 ”（Gap-engineering）的技術的應用。這一技術可以追溯至今年二月份谷歌與耶魯大學團隊合作發佈的論文《通過超導量子比特陣列的能隙剪裁抑制高能衝擊事件》（Resisting high-energy impact events through gap engineering in superconducting qubit arrays ），通過在約瑟夫森結的三明治結構上製造不同的超導能隙，有效地抑制了準粒子隧穿效應導致的量子比特衰減，延長了量子比特的壽命，提高了穩定性和可靠性。谷歌團隊也是在此基礎之上，實現了更高效的量子糾錯算法。
此外，谷歌團隊也在論文中花了較大的篇幅，解釋了神經網絡在量子糾錯中發揮的作用。谷歌的量子計算團隊與DeepMind合作，開發了基於神經網絡的解碼器AlphaQubit，通過對實驗數據進行深度學習，使神經網絡能夠更準確地預測錯誤並糾正它們，從而提高了系統整體的糾錯能力。人工智能技術的應用，爲解決大規模量子糾錯問題提供了創新性的思路和解決方案，並極大地推動了谷歌團隊在這一領域的研究進展。
表格展示了不同解碼方案在不同碼距下的邏輯錯誤表現
這些研究展示了物理理論、工程實踐與跨學科協作相結合所能帶來的巨大潛力，同時也映射出我們在追趕國際先進水平時所面臨的挑戰。它提醒我們，要達到這樣的高度，我們還需要持續的努力和投入。
我們正處在這樣的一個時間點上：全球量子計算的研發進程正在加速，國際社會正在爲迎接一個極大算力的量子時代做準備。今年5月，美國國家標準與技術研究所（NIST）宣佈將逐步淘汰現有加密算法，評估新算法以向能夠抵抗量子計算機攻擊的新一代密碼體系過渡，美國國家安全局（NSA）正在與標準與技術研究所合作，推動全國關鍵基礎設施和組織提前向後量子密碼（Post-Quantum Cryptography，PQC）時代遷移。歐盟委員會也在今年4月發佈了《向後量子密碼遷移的協同實施路線圖建議》（Recommendation on a Coordinated Implementation Roadmap for the transition to Post-Quantum Cryptography），鼓勵成員國制定統一戰略，以向後量子密碼時代遷移。日本總務省、經濟產業省、數字廳也成立了跨部門的“密碼技術研討會”，組建專門的工作組評估面向量子時代的安全加密技術，並在美國NIST的後量子密碼（PQC）算法標準徵集環節中提交了多個候選算法。
過去幾年，量子計算機的發展速度已經遠遠超出了許多人的預期，量子計算不僅將重塑全球信息技術的基礎架構，也將對世界經濟、國家安全戰略乃至人類社會的未來產生深遠的影響。每一次技術革命，都是對現有秩序的重新洗牌，隨着全球前沿科技的競爭日益激烈，中國科研工作者們所作出的努力，也將決定國家在未來全球科技格局中所處的位置。
谷歌、IBM等歐美科技巨頭在量子計算領域不斷取得的突破性成就，無疑爲全球競爭設立了更高的標杆，與此同時，世界各國圍繞關鍵技術的限制也在日益加劇，使中國量子技術的科研生態和市場環境面臨着更爲複雜的競爭和制衡。
面對加速逼近的國際競爭、日趨嚴苛的外部封鎖以及關鍵設備、技術與人才的多重挑戰，我們需要保持清醒和緊迫感，意識到這不僅是技術層面的較量，更是國家戰略能力的全方位檢驗。但回顧中國在信息技術領域的成長曆程，我們有理由對未來保持堅定的信心。以往每當國際科技巨頭在量子計算領域取得里程碑式的進展，其背後的技術細節總是被嚴格保密，外界難以窺見其全貌。面對這種信息高度不對稱的挑戰，中國研究者們總是能在短時間內迅速趕上，並在一些關鍵的技術節點上實現趕超。這一過程背後，是無數科研人員默默付出，他們克服了重重困難，付出了難以想象的巨大努力。
當技術壁壘的高牆難以撼動，我們能做的就是紮下根來。中國科技發展的內生動力正在不斷積累，這樣的歷練，必將使中國科研力量在巨大壓力下實現有韌性的頑強生長。
致謝：本文在撰寫過程中得到了國盾量子云平臺負責人儲文皓的寶貴意見和專業指導
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