科工力量：176比特超导量子计算机“祖冲之”上云，什么水平？

受访者朱晓波（左）、彭承志（观察者网摄）

问：2021年的“祖冲之二号”有66比特，而今天我们上线的云平台的“祖冲之号”同款量子计算机有176比特，请问技术进步主要体现在哪些方面？

(资料图片)

朱晓波：

其实我们当时在2021年推出的“祖冲之二号”就是176比特，只不过对外公布的、可以让外部接触到“祖冲之号”是66个比特，还有110个比特是耦合比特，主要作用是大幅提升比特和比特之间的操控精度。这次“祖冲之号”上云，我们觉得有必要给公众展示本来的面目，所以也提供了那110个比特的接口，使得公众可以访问到全部的176个比特，这就是我们做的升级。

彭承志：

“祖冲之二号”这个云平台更多的是面向云端用户。这次把所有的比特都向公众开放，是想看看能不能碰撞出新的想法，同时也是想做一个联系产业生态、向公众科普的好平台。

问：量子计算的原理是什么？量子纠缠、量子叠加是什么？

朱晓波：

量子纠缠是算力的基础，如果一台量子计算机连纠缠都没有做到，那它是实际上就是2个量子比特放在那里，没有任何关系。2个量子比特如果纠缠起来，就会有幂次方维度的增加，2个比特是4个维度，3个比特是8个维度，但是如果3个比特没有纠缠起来就是3个2个维度，如果纠缠起来就是8个维度。比如12个比特，两两纠缠和12比特纠缠的对比，就是6组4个维度空间和2的12次方个维度空间的区别，这完全不是一个量级。所以量子纠缠是算力的基础。

“祖冲之”号超导量子计算机（观察者网摄）

彭承志：

量子计算和传统计算机的并行计算不一样。并行计算每一个核可以独立完成不同任务，量子计算不是，量子计算要求所有参与的比特必须能够建立起量子纠缠，这种量子纠缠会帮助量子计算机在一些特定问题上体现出量子加速性能，所以要用实验去证明这一点。

目前的量子计算机还不能提供通用算力，需要针对具体问题设计特定算法。为什么我们要针对随机线路采样问题做量子优越性的展示？因为在这个问题上，量子计算机的加速特别明显，能体现出更高的优越性。在破解密码上，Shor算法能够大大提升logN的计算速度。

我们现在所处在阶段是，要把量子计算机要做好，还要寻找更好的算法，解决在现实生活中有应用价值的问题。只有解决了这几个问题，量子计算才能真正迎来广泛使用的春天。

问：刚才提到的“量子优越性”是什么？

朱晓波：

量子优越性在国外有一个更加响亮的名字，叫量子霸权。实际上，它是指从学术上找一个问题，估计在经典计算机中的复杂度，也就是对要花多少时间或者要多少存储器严格度量，最后拿这个问题放到量子计算机中进行计算，再做比较。这个问题，如果经典计算机完全没办法计算，只有量子计算机可以计算，或者用经典计算机中最牛的超算计算得需要几万年或者不可以实现，那我们就是可说这是量子霸权。后来，我们觉得“霸权”这个词有点负面，用“优越性”会更准确。简单来说，就是经典计算机在这个问题上算不过量子计算机。

纠错，和谷歌、IBM争夺下一座“天王山”

问：近两年量子计算机领域都有什么进展？

朱晓波：

毫无疑问的是“祖冲之二号”、“九章”、“悬铃木”、“北极光”这些量子计算机的量子优越性被证明，对科学家们来讲，这是非常大的里程碑。

第一，理论上，量子计算机有比经典计算机更优越的地方，现在我们终于用实验证明之前的物理理论是对的，量子计算机就是算得过经典计算机。第二，谷歌和我们都做了一些“纠错”的原理类验证，证明量子计算在原理上没有问题。将来，我们如果要做一个通用的量子计算机，就要把错误降下来。这就是最近两年做量子计算领域的进展。

彭承志：

“纠错”这个问题确实是非常重要。量子比特每一次“门”操作都是有错误率的，这样的错误可以累积下去，可能一个比特操作几十次后，被发现变成没有意义的东西。现在很多团队宣传量子比特数量，目前，确实可以打印出1000个比特，但不能对它进行有深度的操控，第一千个比特和第一个比特根本连接不起来，是没有意义的。实际上，我们要把量子计算机做到可以和经典计算机一样基本没有错误。实现了纠错以后，量子计算才具有真正的意义。

以前，纠错是越纠越错，朱老师说的“原理类验证”，是说现在我们证明可这个纠错可以越纠越好，但是现在还不够好。比如现在做两、三百次就错一次，最好几百万次才错一次，这是量子计算机下一步要突破的“天王山”。

现在只是处于中间的一个节点，还没有真正实现。我们希望在3-5年左右的时间里实现纠错。这是继证明“量子优越性”以后，量子计算要实现的的第二个里程碑，也是要争夺的“天王山”。我希望朱晓波的团队能率先实现。不过不管将来谁率先实现，都是人类在计算领域的巨大进步。我们也期待这一天能够早点到来。我们希望把具备纠错能力的云平台在3年左右的时间内发布出来，到时不仅要做到纠错，还要能够展示一些具有应用价值的量子优越性。

未来3-5年内，谁能率先实现这些，谁就能真正用这个云平台去赚钱。不只是面向兴趣用户和科研用户，而是可以真正售卖算力。再往后，10-15年左右的时间看能不能推出一个通用量子计算机云平台，几乎没有错误，可以实现所有的量子优越性，比如量子计算、量子组合优化、量子破译密码、量子气象预报……不仅仅提供某一类的算力，而是几乎在所有量子优越性可以展示的地方，都可以有很丰富的算力。

总之，量子计算的算力在3-5年内能实现售卖就是我们想做的事情，也是外国关注的焦点。

问：那么，量子计算还不能单独提供通用算力，今后我们是不是要朝着量子计算和经典计算融合的路径发展？

彭承志：

“超量混合”的根本思想，是把超级计算机和量子计算融合起来，融合的方式是希望把经典计算机算不了的问题，或者计算比较困难的问题，或者算起来能耗比较高的问题，转到量子计算上。只要量子计算能够算得比超算经济，就可以产生商业价值。

目前的量子计算机，更像服务器，而不是家庭计算机。说它像一台服务器，是因为它跑在超算云端时，会更多地发挥整个计算任务中协助器的功能。早期的计算机中是有“协处理器”的，如果在某些方面，量子计算机能够提供更经济或者更有效的解决方案，就可能成为超算的协助处理器，这可能是更早、更容易看得到的应用路径。

围绕超量融合，我们接触的合作伙伴也比较多，包括教学领域、金融研究领域，现在都还是试用，甚至有人工智能领域和我们合作发了一些文章，这也促使我们这次把云平台做出来，让更多人使用。这给我们带来了更多灵感，推动了这个领域的进步。

问：量子计算在未来5-10内年可以达到百万比特的水平吗？我们可以做出电影《流浪地球》里MOSS那个程度的量子计算机吗？

朱晓波：

MOSS在科幻片里是无所不能的，但即便我们做出通用的量子计算机，它能力的边界到底有多大现在也不清楚。我们能确定的是，它能干什么事情，比如可以做量子优化，可以解析密码等等。但是大家要有一个基本共识，那就是它不可能什么事情都能干，量子计算机很可能是对传统经典计算机的补充。我们可以把一些特别困难的问题交给量子计算机，把另外一些经典计算机处理的很好的问题还是交给经典计算机。所以二者应该是融合在一起，而不是谁完全把谁革了命。

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