C114讯 8月29日消息（南山）日前在百度举办的“量见未来”量子开发者大会上，中国科学院院士、北京量子信息科学研究院院长向涛发表致辞表示，近年来，量子科技特别是量子计算的研究呈加速发展的趋势，包括中国在内的40多个国家制定了量子规划，量子科技前沿的竞争热度在不断升温。
二十世纪初，以普朗克、爱因斯坦、霍尔为代表的科学先驱共同努力建立了量子力学，这个人类迄今最基本也最深奥的科学理论体系，这是一个划时代的科学革命，奠定了现代信息技术发展的科学基础，也必将成为未来量子信息技术革命的科学源泉。
从二十世纪五十年代开始，以半导体、激光、磁存储为代表的量子材料与量子效应的广泛应用，推动了当代信息社会的发展，成就了造福人类的第一次量子技术革命。但这次技术革命还只是被动认识和利用量子现象来实现科学和技术的创新，对量子材料和量子效应的操控依然是经典。没有用到量子态相干性这个量子最基本本质的特征。
要全面展示量子态的特性，充分释放量子的潜力，就必须通过主动操控量子态，在保持其相干性的条件下实现对量子态的转变、控制与测量。一旦做到了这一点，我们将实现量子技术的第二次革命，人类也将正式步入量子信息时代。
核心是量子计算
向涛介绍，量子信息技术主要包括量子计算、量子通讯与量子精密测量，但其核心是量子计算。没有量子计算，仅仅是量子通讯和量子精密测量不足以动摇现有信息社会的信息技术根基。
与经典计算机不同，量子计算机的算力比特的数目不是线性增加的，而是指数增加的。也就是说，每增加一个量子比特，量子计算机的算力就会增加一倍，这就是量子计算对信息处理的指数加速作用，也是经典计算机可望而不可及的。这种指数加速作用一旦实现，必将带来信息处理的革命性变革。
但是在目前阶段，实验室能够制备的量子比特的寿命或者相关时间还非常短。北京量子信息科学研究院去年把单个超导量子比特对相关时间提高到了5.03微秒，这是世界目前最高水平，但是也远未达到要实现量子计算指数加速的要求。
“量子计算的想法开始于解决物理和化学中出现的量子问题需要。量子计算不仅能解决科学研究中的问题，也能解决所有与信息处理相关的工程、技术与应用问题。从人工智能、破译密码、生物制药、化学合成、物流及交通控制、天气预报、数据搜索、材料基因到金融安全与问题，但凡需要数据处理和计算的地方，都是量子计算可以发挥作用的地方。可以预期，随着量子计算的发展，量子信息技术的触角将会深入到信息处理的每一个角落。”
量子是微观粒子，有电子、原子、分子等基本运作形式。量子现象存在于比我们生活的宏观世界至少小6个量级的微观世界，主动操控量子态之所以难，是因为我们操控微观量子态的手段是宏观的，用宏观手段操控微观量子世界，还要保证其量子相干性，就像“让一头大象在一根细钢丝上跳舞”，又不让钢丝断掉，同时还不能让大象掉下来。这就是量子计算研究面临的最大困难，也是科学研究挑战的最高级。
向涛指出，量子计算基础发展有“四高”：高门槛、高投入、高风险、高回报。是一个国家的高层次人才队伍科技发展水平和实力的综合检验，当前量子计算技术研究还处于起步阶段，发展路线、方式、目标都存在不确定性，研发投入存在风险不可避免。但是量子计算能给人类带来的回报是巨大的，从原理上讲，如果实现了量子计算的指数加速作用，一台100个容错量子比特量子计算机的算力就可超越目前世界上所有计算机的算力之和。
量子计算三大发展趋势
从上世纪80年代开始，量子计算经过了基本物理思想和初级原理的验证，现在进入了所谓的中等规模带噪声的量子计算时代。“中等规模”是指现在能比较可靠操控的量子比特数大约在几十到几千的水平。“带噪声”指的是对量子比特的操作每次都有一定的误差，还无法实现精确的量子计算。
向涛强调，这是量子计算发展必然要经过的阶段，也是量子计算各种路线探索和人才积累的关键阶段。在中等规模带噪声的量子计算时代，量子计算的应用与产业化已经开始，并成为国际大企业、大公司展示实力、布局未来的新战场。造成这种激烈竞争局面的背后逻辑非常简单，失去量子计算的控制权，就可能失去未来信息社会的话语权。同时，产业化也为量子计算的研究注入了新的活力，加快了量子计算机的发展。
向涛认为，量子计算未来的发展趋势，主要在三个方面：
一是规模化。当前量子计算比较可靠，操控的量子比特数大约为100个量子比特。今后将逐渐达到几千、几万、几十万、几百万，甚至更高的水平。二是容错化。量子计算需要很多量子比特，但更需要制备出相关时间可以任意长容错的量子比特。三是集成化。目前是实现对大量量子比特及其操控系统的集成和小型化，是降低量子计算机的研发成本，实现量子计算机广泛应用的前提。
“乐观估计，到2030年左右，高质量制备和操控的量子比特数将达到上万个。在这个基础上，通过对大量量子比特的不断纠错，有望制备出一个能容错的逻辑量子比特。”向涛预测，再过10年，也就是2040年左右，能实现对多个逻辑量子比特和普适量子计算机逻辑门的相关操控，并且在这个基础上制备出朴实的量子计算机。到那时，量子信息技术及应用将全面进入高速发展阶段。
