量子在人们的心里是很神奇的东西，所谓遇事不决，量子力学。而量子计算机更是很多科幻小说里常见的未来科技之一。自从1981年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出了量子计算机构想后，世界各国都在研究相关的技术，量子计算机已经被认为可能是下一代信息革命的关键技术。
近日，中科院量子信息与量子科技创新研究院科研团队在超导量子和光量子两种系统的量子计算方面取得重要进展，使我国成为目前世界上唯一在两种物理体系达到“量子计算优越性”里程碑的国家。
2019年10月，谷歌54量子位的Sycamore处理器成为全球第一颗实现“量子优势”（或称“量子霸权”）的处理器。在量子计算机上对一个53位、20 个周期的电路进行采样需要200秒，而谷歌声称使用当时世界上最强大的经典超级计算机需要10,000年，当然后来被IBM经典计算机团队出来疯锤，说只需要2.5天。
谷歌这一处理器的出现，让人们再度将目光放到了量子计算机上。在2020年12月，由潘建伟和陆朝阳领衔的中国量子计算技术团队成功构建76个光子的量子计算原型机—九章，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子霸权”的国家。
构建量子计算机的物理系统包括光子、量子点、离子阱、超导体、冷原子、钻石色心、核磁共振等。而当今主流的三大技术体系是“超导量子”、“光量子”和“离子阱”。“九章”属于“光量子”物理系统，与超导相比，光子虽然可以在室内低温下运行，也具有“相干时间长”的优势，但“灵活精准操控”仍然是一个难点。
所以我国的超导量子计算研究团队经过研究攻关，构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，走上了超导技术路线。实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解，比目前最快的超级计算机快一千万倍，计算复杂度比谷歌的超导量子计算原型机“悬铃木”高一百万倍。英国物理学家、量子光学教授、伦敦帝国理工学院高级研究员彼得·奈特称赞这是一个令人印象深刻的进步。
与此同时，光量子计算研究团队也在这两年取得了很大的进步，构建了113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”。至此，我国的量子计算机研究在光量子和超导两个主流体系中都达到了“量子计算优越性”的里程碑。
而第三种“离子阱”路线虽然具有高量子比特质量和长相干时间特点，出现时间也比超导体系早，但是研究这一路线的机构却比较少。IonQ 于 2020 年 10 月发布了新一代离子阱量子计算机，新系统有32个量子位。
强大的量子计算机
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。主要包含三个部位：量子测控系统、量子低温系统和量子芯片。与普通计算机比特只能存储“0或1”不同，量子比特既可以存储0也可以存储1，所以量子计算机存储的数据够多。而随着量子比特数的增加，量子计算机的处理能力将呈指数级增长。
相对于传统的计算机，量子计算机可以更高效地解决某些数学问题。比如要破解现在常用的RSA密码系统，就算是用最大、最好的计算机也需要花费60万年，而一个拥有相当存储功能的量子计算机只需要不到几个小时的时间，所以在量子计算机的面前，现如今的加密算法将变的十分的脆弱。
我国的量子计算水平无疑是世界一流的，但不意味着量子计算机马上就要出现了，目前仍然有不少问题需要解决。不过量子计算的每一步成功都值得庆祝，在未来，通用型量子计算机可望在密码破译、天气预报、材料设计、药物分析、交通调度等领域发挥重要作用。也希望我国在量子计算机领域能够一直独领风骚。