清华首个量子信息本科班来了，有哪些公司在研究量子计算量子计算未来的发展趋势是什么

△2019年，‘量子霸权’之争让量子计算在再次成为世界科技焦点清华首个量子信息本科班来了。超导量子计算芯片的成果，增强了行业对超导路线及对大规模量子计算实现步伐的乐观预期。2020年量子计算领域将会经历投入进一步增大、竞争激化、产业化加速和生态更加丰富的阶段。作为两个最关键的技术里程碑，容错量子计算和演示实用量子优势将是量子计算实用化的转折点。未来几年内，真正达到其中任何一个都将是十分艰巨的任务，量子计算将进入技术攻坚期。

美国将量子霸权称为21世纪的“曼哈顿计划”。 量子霸权：21世纪的“曼哈顿”计划 与传统CPU的不同之处在于，由于量子特性多，一个量子比特其整体的表示能力将翻倍。量子霸权是量子计算机能够解决经典计算机实际上无法解决的问题的潜在能力。 从计算复杂性理论的角度来说，这通常意味着提供一个超越已知或可能的经典算法的指数级加速。 通俗地讲，量子计算机随着计算单元的增多，其算力增长是指数级的。而传统计算机算力增长，则随计算单元增长呈线性增长。

中科院院士潘建伟教授与德国、荷兰的科学家合作，首次实现20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算，并且在四大关键指标上，均大幅刷新国际记录，逼近实现量子计算研究的重要目标量子霸权。 这项研究突破，是“一个巨大的飞跃”，“是通往实现‘量子霸权’的‘弹簧跳板’”，该实验几近超越传统计算机，这也意味着量子计算领域的一个里程碑。 2019年10月份，Google在《自然》杂志发表封面文章《Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor》时，美国总统特朗普之女伊万卡·特朗普（Ivanka Trump），甚至直接发推官宣美国实现量子霸权。

在量子纠错方面，中国科研机构也有一定成就，清华大学交叉信息研究院孙麓岩研究组、段路明研究组与中国科学技术大学邹长铃研究组合作后，在超导量子系统中，实现了微波光子二项式量子纠错码，并首次同时实现逻辑量子比特的量子纠错和通用量子门操控。该论文《Quantum error correction and universal gate set operation on a binomial bosonic logical qubit》发表在《Nature Physics》杂志上。

中国在量子计算方面并没有落后，阿里、腾讯、百度、华为近年来，先后布局量子计算。 阿里和中科大联合发布了量子计算云平台，在2018年推出了量子模拟器“太章”；腾讯在量子AI、药物研发等领域展开了研究；百度在2018年成立了量子计算研究所；华为在2018年发布了HiQ量子云平台，并在2019年推出“昆仑”量子计算模拟一体机。 预期和现实，总在上下交替的舞蹈中螺旋上升。过去两年，硬件的进展，为量子计算赢得了未来一段时间攻坚作战的粮草。 下一个十年的技术进展，将主要是基础技术的突破和实用性的发展。这将助推量子计算迎来又一发展进程的高潮。

2019年10月底，谷歌宣布其名为Sycamore的芯片已经成功实现“量子优势”，即完成在传统电脑上几乎不可能执行的任务来展示量子计算机的能力。 谷歌的Sycamore量子芯片计算机 “优势“一词让人感觉量子计算似乎已经可以取代传统计算机了，但是IBM却对谷歌的成绩不以为然，他们认为，谷歌的Sycamore是“摆拍”。首先Sycamore没有实际功能，只是生成随机数；其次谷歌用来参照对比的传统计算机算法也不是最优的，实际上，这个任务传统计算机也可以毫无困难地完成。

IBM认可的路线是将量子计算的优势与传统计算机结合，尽快实现量子计算的商业化。而IBM已经上线了初期版本的量子云服务，面向企业和科研机构。

量子计算机是基于量子力学的物理规律的新能力计算机体系物理装置。量子计算机编译在是原子或者是电子这样的微观体系上，与传统计算机使用高低电位表示。1、0不同，量子计算机选择电子自旋的上和下来表示1和0。相对的，量子计算机的一个计算单元不再是晶体管，而是一个量子比特。 也就是说，量子计算机的能力是由其可操作的量子比特数量和稳定性（相干时间、保真度）决定。 而要实现一个量子计算机需要三个要素：一种可用的量子比特、高保真的量子操作、量子体系（足够多的量子比特）。

现在整个量子比特的性能已经比十年前、十五年前要好得多。 我们可以看到超导量子比特门操作的保真度也较高，达到了99.4%。而一个实用的量子计算机至少要集成100万个比特门，难点在于怎样提高比特数量的同时，比特门的保真度不会下降。 从根源上来说，我们需要从材料和工艺两个方面进行改进。

超导量子计算的诞生时间虽然短，但是在这21年间，它一直保持着非常快的进步速度。 所以，未来量子比特退相干时间还有进一步提升的可能。实际上目前新工艺、新材料的尝试仍未达到瓶颈。比如我们可以用超高真空的封装来使得我们电路的表面可以更加干净；比如我们可以探索原位衬底熔炼技术，可能可以让我们衬底的缺陷更少；还有所谓的同位素富集，就是我们超导体量子芯片的衬底，比如硅，我们用硅28的这种同位素来做衬底可能会更好。 业界认为超导量子比特的退相干时间在将来可以提升到一个毫秒的级别。一个毫秒是什么样的概念呢？商业应用的单个量子比特需要4个9的保真度，两个量子比特需要3个9，如果退相干时间可以达到一个毫秒，那么单比特就可以达到5个9的保真度，双比特可以达到4个9的保真度。 从以往的发展历程来看，大多数专家都认为，未来10-15年内，有商用价值的量子计算机就能落地了。

2020年本源量子会联合中科院发布中国首台量子计算机，大约在20-30量子比特，虽然这与美国仍然有4-5年差距，但是他相信参照现在量子计算的发展速度，未来10-15年我们至少能跟美国同步实现量子计算机的商用落地。 借用中国量子信息学科奠基人郭光灿院士的一句话：现在量子计算就像一个山洞，我们并不知道这个山洞里是宝藏还是野兽。但美国等发达国家都竞相涌进这个山洞，中国人没有理由不进去，我们也必须要有勇气进去，看看这个量子计算到底能不能做出来。