比超算快了1000万倍，量子计算机到底强在哪里？

2023年4月14日，是第三个世界量子日。

在今年热映的科幻电影《流浪地球2》中，最强量子计算机“MOSS”展示了自身无与伦比的超强算力。通过探索最强量子计算机“MOSS”的前世今生，我们可以了解到，“MOSS”的创作灵感来源于现实科学进展，同时也融入了电影创作团队对未来世界的量子计算机的奇妙想象。

什么是量子计算？什么是量子计算机？它与普通的计算机有何区别呢？

关于量子计算与量子计算机

量子计算和量子计算机的概念最早是由美国物理学家Feynman提出的，到1985年，英国物理学家Deutsch基于电子计算机的图灵机计算模型提出了量子图灵机的计算模型，通过对量子图灵机的性质的深入研究，证实了量子计算机相对传统电子计算机所具有的巨大的计算潜力和计算优势。量子计算机就是能够将量子计算实现的物理系统，也就是量子计算的物理载体。

1994年，美国贝尔实验室的Shor基于改进的量子图灵机计算模型的Shor算法，成功解决了整数的质因数分解和离散对数的求解问题，这更进一步地验证了量子计算机的技术先进性并将量子计算机的发展推向了一个新的高潮。

量子计算机是当今科学技术领域的前沿发展方向，它能够利用处于1/0纠缠态的量子比特（qubit）来进行并行计算，从而获得指数增长的超强算力，并且具有广泛的应用前景。自上世纪90年代以来，科学家们一直在努力研发量子计算机，并取得了一系列的进展。如今，量子计算机已经在量子化学、量子优化等领域得到了应用，带来了革命性的变化。

世界量子计算机的发展现状

量子信息技术以及量子计算技术作为重要的战略技术，世界各国都早已布局发展相关技术，目前世界上量子计算技术比较发达的国家重要有美国、欧洲、日韩、印度以及中国等。

美国政府从2002就制定和颁布了一系列的量子信息技术相关的政策法规，在理论研究、量子计算机的应用方面都走在了前列。比较有代表性的有美国的谷歌、IBM等公司的量子计算技术，例如谷歌在2019年推出的“悬铃木”超导量子计算机，其计算芯片包含53个可控超导量子比特，计算性能也十分强悍。

中国量子计算领域成就

我国的量子信息技术布局始于上世纪90年代，至2005年始走上了发展的快车道，在十二五和十三五科技规划中都对量子信息和量子计算的发展做出了极具战略眼光的前沿规划。以中国科学技术大学量子物理与量子信息学部以及上海量子科学研究中心等一大批科研机构已经将我国的量子信息和量子计算技术提升到了世界领先的地位。

2021年10月26日，来自中国科学技术大学的潘建伟院士团队同中科院上海技术物理研究所合作，成功构建了世界首个66比特可编程量子计算原型机—祖冲之二号。祖冲之二号相关成果已经先后在国际学术期刊《Science》和《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上发表，其计算速度比目前世界上计算速度最快的超算快了1000万倍，实现了超导量子比特计算方法的量子计算优越性。

2022年夏天，潘建伟团队还发射了世界首颗量子微纳卫星“济南一号”，外界关注的通用量子计算何时能够实现的问题时，潘建伟认为：“量子计算要真正构成通用量子计算之前，首先是要实现量子纠错，量子纠错实现后，距离通用的量子计算还需要10-15年时间。”

作为二十世纪最伟大的科学发现之一的量子力学，不仅催生了晶体技术、核磁技术、卫星等对我们现在生活影响深远的科学技术，其必将也继续对将来的科学发展形态提供更多更有利的科学工具。而相信量子计算机载将来也将走向通用化，在天气预报、工程模拟计算、大规模数据分析等方面大展拳脚。

让我们一起期待未来，期待量子信息和量子计算机技术能够真正地走向实际，为我们的生活加加速。