半月谈记者：张漫子
来源：《半月谈》2024年第10期内容
从“悟空”催生大算力、光子跳出“霍尔舞步”，到大规模量子云算力集群、500+比特超导量子计算芯片的诞生，量子计算接连搞出“大新闻”。那么，量子计算到底有啥不一样？
“穿着冰箱”的庞然大物
在哪里才能一睹量子计算机的真容？北京西北部的北京量子信息科学研究院（简称“北京量子院”）量子极低温实验室是一个不错的选择。
走进实验室，一眼就可看到插满线缆的“庞然大物”，实验室像是赛博世界的巨型车间。
咦，“极低温”，为什么我还不冷？传说中的“绝对零度”呢？
“绝对零度”就在实验室一台悬空的圆筒状“冰箱”里。这台巨大的“冰箱”，最核心位置的温度仅比绝对零度高出一丁点儿（约为绝对零度以上0.01度）。其中泛着金属光泽的铝罐里，竖着若干根如俄罗斯套娃般嵌套的金色圆柱，一圈圆柱的中央是一盏长满无数线缆的“吊灯”，牵出的线缆透过层层叠叠的金属层，连接底座上的量子芯片。
超导量子计算芯片、扮演大冰箱角色的稀释制冷机，再加上配套的电子学设备——好了，量子计算机的“三件套”，这就算饱了眼福了。
为啥非得用这么高级的“冰箱”？原来，量子态非常脆弱，极低温环境可以尽量降低热噪声，大“冰箱”还能为量子芯片隔离外界的电磁噪声，只有这样，量子计算才可能尽量精准。
北京量子院研究员、相干（北京）科技有限公司创始人金贻荣指着其中一台“庞然大物”说，如果是处理随机线路取样等特定问题，量子计算机的计算速度比最快的经典计算机要快成千上万倍。
我想起看过的报道，世界上最快的超级计算机求解某特定数学问题约需200亿年，而用“九章三号”量子计算原型机只需百万分之一秒，比超算快一亿亿倍。
量子计算威力何来
量子计算机相当于一台拥有超能力的超级计算机。传统计算机信息量的最小单位是比特（BIT，也就是“二进制数”的缩写），量子计算也借用这个概念，不过“量子比特”可不是数，而是量子态。量子比特在同一时刻可有两种状态相互叠加，就好像一枚硬币在半空中不断旋转，让人无法辨清正反面孰上孰下。正是这种叠加态，让量子计算的计算能力较传统计算有了指数级的增强。
无从揣摩的量子态，使得量子计算天生适于处理密码破译、金融分析、天气预报等变化莫测的计算难题。以“玄”解“玄”，量子计算将带我们探索更多的未知，将我们视为“魔法”的事物变为现实。
下一步，看应用生态！
经典计算机经过近80年的发展，晶体管越做越小，中间的阻隔也越来越薄，3纳米芯片的阻隔仅相当于几十个原子成列。如此下去，芯片上可能会发生量子隧穿效应，“0”和“1”的精准分别失灵，传统计算也就触到了“天花板”。
替代方案是什么？算力升上去、能耗降下来的量子计算，为各方看好。不过，量子计算的应用生态，建设还刚刚起步。
“在实验室里造出了量子计算机，接下来的紧迫任务就是怎样让它在更多应用场景发挥威力。我们的想法是，让大算力的量子计算机联网、上云，不必局限于本地应用。”中国科学院物理研究所研究员范桁介绍由北京量子院研发的Quafu量子计算云平台及算力集群时这样说。如果说过去的量子计算机就像一款单机游戏，量子计算云平台就相当于“联机对战”，将不同地方的量子算力整合到一起。
而今，有了新一代架构量子计算芯片、高密度测控线路、量子测控电子学系统的助力，近600个量子比特飞驰在云端，Quafu平台的算力增长可谓日新月异。
“眼下，量子计算‘+超算’‘+智算’无疑是前沿潮流，我们希望Quafu平台能‘加’出更多的奇妙可能，让中国量子计算的应用生态欣欣向荣。”范桁期待中带着笃定。
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