关于英国《自然》杂志几乎在同一天发表了两篇关于量子领域的新突破。一个是2月19日,美国微软公司发布量子计算芯片“Majorana 1”(马约拉纳1号)成果;另一个是2月20日,中国科研团队成功实现全球首例基于集成光量子芯片的“连续变量”量子纠缠簇态成果。需要指出的是两个在量子领域取得的成果是两种截然不同的路径和方法,不存在抄袭嫌疑。

在中美宣布各自在量子领域取得的新突破时,人们对两国取得的结果评价相差甚远:一边是英国《自然》杂志审稿人评价,中国研发团队“连续变量”量子纠缠簇态成果,为量子领域“重要里程碑;而另一边:美国微软公司自己给出的说法是,“Majorana 1”芯片使用的是“拓扑”导体可能起到变革性作用,“核弹级成果!”比“量子比特”错误率更低,容易操作,看来微软首席执行官萨提亚·纳德拉自信满满。但是微软的研究人员私下承认,他们虽然测量显示出了奇异量子态的积极迹象,但尚未提供确凿证据,有待证实。

论文中研究结果尚未证明确定存在拓扑量子比特,需要微软公布更多技术细节,这项研究成果公布,有些操之过急。比如:英国《自然》杂志审稿人批评论文“用词误导且含糊不清”,相当草率;德国亥姆霍兹研究中心的物理学家文森特·穆里克说“Majorana 1”(马约拉纳1号)芯片的计算方法是行不通的;瑞士巴塞尔大学和奥地利科学技术研究所(ISTA)的物理学家表示“Majorana 1”(马约拉纳1号)芯片没有提供拓扑量子比特存在的证据;奥地利克洛斯特新堡科学与技术研究所的物理学家乔治斯·卡察罗斯表示“Majorana 1”(马约拉纳1号)芯片目前没什么可评论的;复旦大学物理学系教授李晓鹏觉得,美国微软公司“Majorana 1”(马约拉纳1号)芯片科研成果有夸大宣传嫌疑;美国微软公司研究人员自己也承认“Majorana 1”(马约拉纳1号)芯片需要进一步的实验证实。

对于中国和美国在量子领域同时发布突破性成果,两者除了方法和路径不同外,中国新研制的量子芯片比美国微软的芯片更小,并且运用了在室温下运行的基于光子的技术;而美国的“Majorana 1”(马约拉纳1号)芯片依赖于超导材料,而这些材料需要在极低温度下才能工作。

量子计算已成为全球科技竞争的战略高地,作为科技大国,中美双方更是成为这场竞争的焦点。中美地处地球两端,虽同样发布了最新研究成果,但却收获了两极分化的反馈,高下立判,这绝非是巧合而还是有跟风嫌疑,可能美国知道,中国北京大学和山西大学的研究团队要在英国《自然》杂志上发表关系量子领域新突破成果,而提前于我们一天发表了关系在量子领域“Majorana 1”(马约拉纳1号)芯片成果,但是成果并未提供出有力证据,缺乏佐证,可能就是怕在该领域落后于中国吧,而不得不“勉强”将研究成果发布出来吧。
这就是西方人的一种病态,害怕被超越,不能接受失败的现实。但是事实证明真的没有必要,因为两国研究的关于量子领域成果路径和方法是截然不同的。就像现在的电影一样,美国抵制我们的《哪吒2魔童闹海》,不给排片,不敢播放;而我们欣然接受《美国队长4》的上映,虽然也有这些小插曲,但完全是因为《哪吒2魔童闹海》太受欢迎了。其实在文化领域和科学领域是一个道理,美国人怕输,还怕落后,害怕被我们超越,存在一种“病态”和畸形心理。其实证明,要想不怕欺负,就要强大自己。

中美同日宣布新突破,高下立判。而在量子技术领域,中国的存在感显著上升,从可实现超高速计算的“量子计算机”公开专利数量来看,中国已超越美国,位居第一。而且在量子科技的实际应用领域我国也领先于其他国家。比如:我国通过“墨子”号量子通信卫星的中介,建成了一条从北京到上海全长2000多公里的量子通信干线;构建了世界上最大的量子计算原型机“九章”,例如“本源悟空”超导量子计算机和“骁鸿”504比特超导量子计算芯片;建成了超过1万公里的量子通信骨干网络等等。
而根据美国波士顿咨询集团的预测,量子计算机将在2040年前催生4500亿至8500亿美元的经济效益。美国考虑到广阔的市场前景和维护国家安全的需要,美国政府强化了对我国量子计算的出口管制,所有关于量子方面的设备都不许向中国出口。
什么叫量子计算量子计算,简单来说,就是用薛定谔的的猫来计算,一个只有两种可能状态的量子系统,也就是1和0;在微观的量子世界里,是用不确定性原理和波函数来计算;粒子的状态由波函数来描述,如果想知道它当前的状态,就需要进行测量。

薛定谔的猫状态是:将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭箱子里。镭的衰变存在几率,如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,猫就会死,如果镭不发生衰变,猫就活着。至于箱子里的猫是活的还是死的,只有打开箱子才知道,但是结果不确定,在箱子里猫处于“活着”和“死了”这两种基本状态的叠加态。
什么是量子比特量子比特(Qubits,也称量子位)就是这样一只猫,它可以是各种具有两个基本态的量子体系。量子比特的几何表示(红色箭头),你只能得到它在0或1这两个基本态上的投影,也就是概率。

有了量子比特,计算就变得大不同。一个量子比特是两个基本态的叠加,两个量子比特就是4个基本态的叠加,4个量子比特是16个基本态的叠加,N个量子比特将是2的N次方个基本态叠加(形成一个希尔伯特空间),数量是相当惊人的。

量子比特除了前面讲的算法通用性问题之外,还有其他难题,比如:量子干扰。而量子干扰又分为两种:一个是开放系统的量子干扰,另一个是孤立系统的量子干扰,这些知识太专业了,我们普通人无法理解。


原创作品,谢谢阅读!