当超导遇到量子 ：“遇事不决 量子力学”的时代到来了？-超赞资源网

当超导遇到量子时 ：“遇事不决 量子力学时代到了？-超赞资源网

你还记得吗？在前两篇文章中，我们介绍了超导量子计算及其纠错方案。

超导量子计算是一种基于超导现象和集成电路工艺的计算方案。作为当今主流量子计算方案之一，它不仅可以兼容当前的集成电路工艺，还可以制备大量的量子比特，具有良好的可操作性和灵活性，可以进一步应用于不同场景下的科学研究。

屏幕前的小伙伴们一定想知道，这样先进的超导量子计算，是否已经在现实世界中得到应用？

当梦想照进现实——“狂飙”超导量子计算

自20世纪90年代以来，世界领先的高科技公司一直致力于量子计算机的研发，并积极探索超导量子计算的实现计划。目前，量子计算机仍处于从实验室研发到企业产品化的发展阶段，其中在量子计算轨道上“狂飙”超导量子计算方案是技术路线。

2019年，谷歌的量子人工智能研究团队开发了一台具有53个超导量子比特的量子计算机，并显示出强大的计算能力。超导量子计算机只需200秒就可以成功地解决特定的复杂计算任务。如果使用当年世界第一台超级计算机进行解决，需要10000年才能实现。

谷歌发布的超导量子计算机

(图片来源:Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor – Google AI Blog ）

2023年2月，研究小组进一步升级了原本只有53个量子比特的超导量子计算系统，扩展到72个量子比特，成功验证了量子纠错方案的可行性。这意味着人们离未来真正实用的量子计算机更近了一步，从而展示了量子计算机未来的巨大发展潜力。

值得一提的是，来自中国的量子技术团队也在超导量子计算领域取得了令人满意的成绩。就在2021年，中国科技大学的研究团队率先建立了自己的超导量子计算机——“祖冲之二号”。超导量子计算机的量子比特数量达到66个，比谷歌2019年发布的系统快1万倍，在国际量子信息竞争中占有一席之地。

祖冲二号(图片来源:安徽日报)

2023年3月，南方科技大学、清华大学和福州大学的联合实验团队也在基于超导量子计算的量子纠错领域取得了突破。该研究小组首次利用实时重复的量子纠错技术降低了量子比特在世界上的错误率，从而延长了量子比特的存储时间。相关科研成果发表在世界顶尖学术期刊上《Nature》上。

(图片来源:Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit, Nature）

量子计算的“三步走”战略——脚踏实地，未来可期

尽管量子计算发展迅速，但需要提醒大家的是，量子计算机仍处于非常初始的阶段。

目前，主流观点认为，实现真正实用的量子计算机至少需要三个开发阶段：量子计算的可行性论证、消除量子计算外部干扰以及具有商业价值的实际量子计算应用。

为了逐步实现量子计算的发展目标，科学家们也提出了相应的建议“三步走”战略，即在噪声环境下验证量子计算的优势和中等规模量子计算（NISQ），而且量子计算可以通用化。

量子计算机“三步走”战略：绿色区域代表下一步的NISQ，灰色区域代表第三步的容错量子计算。

(图片来源:Quantum advantage, or a practical demonstration that quantum computers work | by Przemek Chojecki | Towards Data Science）

目前，人类已经完成“三步走”战略的第一步——验证量子计算的优势。这一标志性事件是谷歌团队于2019年发布的超导量子计算机。

量子计算机表现出远远超过经典计算机的超强计算能力，因此人类已经证明了量子计算有其独特的优势。

目前，科学家们正在努力实现这一点“三步走”战略的第二步——中等规模量子在噪声环境下计算（NISQ）。

这是因为量子计算机在运行过程中很容易受到外部环境的干扰，因此在量子计算的实际运行中存在一定的错误率，也被称为“噪声”。

为降低噪声环境下量子计算的错误率，需要量子纠错，才能顺利完成计算任务。

这一步也是谷歌研究团队取得的突破。在前一篇文章中，我们详细介绍了它们基于超导量子系统成功验证了量子纠错方案的可行性。

这标志着人类在量子纠错领域迈出了坚实的一步，从而沿着量子纠错领域迈出了坚实的一步“三步走”战略继续稳步前进。

而“三步走”战略的最后一步也是我们的最终目标——一般量子计算可以实现。

在可预见的未来，我们正在完成它“三步走”战略结束后，量子计算机不仅可以用于解决特定算法问题，还可以帮助人们完成从新药物分子研发到核聚变反应过程的计算，从而显示出巨大的商业价值。

结语

虽然量子计算机离真正实用还有很长的路要走，但在形式和功能上还是比较初级的。然而，这一领域的许多科学家会想到1946年诞生的第一台电脑ENIAC——占地面积170平方米，重达30吨。

(图片来源:ENIAC – Wikipedia）

虽然ENIAC足以占据整个房间，但它开启了人类信息时代的帷幕，从而深刻地改变了人类的生产和生活方式。因此，我们有理由相信，随着量子计算技术的不断突破，量子时代将进一步改变人类处理信息的方式，新时代的帷幕正在悄然打开。