中國科大陸朝陽：量子計算或正處於與AI相似的發展曲線上

“量子計算可能正處於與人工智能（AI）相似的發展曲線上。”中國科學技術大學上海研究院執行院長陸朝陽日前在以《激動人心的量子革命》爲主題的首場“好望角”科學沙龍上表示。

量子計算是一種基於量子力學原理調控量子比特進行計算的新型計算模式。與傳統計算機相比，量子計算機具有指數級的計算能力優勢，對廣泛使用的公鑰算法構成重大威脅。

陸朝陽認爲，目前量子計算已跨過原理演示的第一發展階段，進入解決現有知識框架和算力所不能及問題的第二階段，即實現“量子優越性”。

2019年，谷歌宣佈研製出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，在全球首次實現“量子優越性”。近年來，中國產出了“九章號”“祖沖之號”量子計算機等領先成果，成爲全球第二個實現“量子優越性”的國家。

“自2019年穀歌的量子霸權實驗以來，雖然國際上有數百甚至數千個團隊在進行量子計算研究，但真正能夠進入第二階段，即在特定問題上超越經典計算機的，目前只有少數幾個。除了九章三號，還有加拿大量子計算初創公司Xanadu與美國國家標準與技術研究院（NIST）合作的北極光實驗。”陸朝陽表示。

“在實現第二階段後，我們希望探索近期內的小規模量子計算。即使是小規模，也希望它們具有實用價值。”陸朝陽稱，在他們看來，量子計算機可以被視爲一種新型工具，它在科學發展中的作用與物理學家創造的其他工具相似，能夠極大地推進了科學的進步。例如，冷凍電鏡技術的發展極大地推動了結構生物學的研究，而X射線衍射技術則爲揭示DNA雙螺旋結構提供了關鍵手段。

量子計算機的發展既與基礎科學相關，也與產業發展緊密相連。陸朝陽認爲，量子計算首先要發展高精度、高效率的量子態製備與相干操縱技術，實現規模化量子比特的糾纏，在此基礎上對特定問題超越經典計算機；其次，實現“量子計算優越性”里程碑目標和具有有應用價值的專用量子模擬機；最後，不斷提升量子態精度和效率，探索通過量子糾錯實現容錯的大規模通用量子計算機這一遠期目標。

“谷歌的量子芯片展示了即使在小規模量子系統中，如果沒有量子糾錯，系統性能也會因指數衰減而迅速下降，即使是53個量子比特的芯片，經過50個量子比特和20層邏輯門的操作後，輸出保證度降至千分之二。”陸朝陽稱，“這表明量子糾錯是實現通用量子計算機的關鍵技術。”

目前，已有多種不同的量子糾錯方案被提出，如表面碼和Reed-Muller碼等。陸朝陽團隊也在探索不同的方向。

“在國家2030計劃的支持下，我們發展室溫下的量子計算技術，實現單光子間的強相互作用，以及將單光子源轉變爲單原子源，利用光鑷技術操縱原子，實現邏輯門操作。我們還探索了使用邏輯比特來抵抗噪聲影響，通過物理比特編碼邏輯比特，實現邏輯比特間的相互作用。此外，我們還利用量子計算機進行量子模擬，探索難以用傳統方法模擬的物理現象，如高溫超導。我們使用人造原子來研究這些現象，以期獲得更深入的理解。”