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从1900年量子物理面纱的揭开，到21世纪初量子信息领域的迅猛发展，“量子”这一概念已经陪伴了人类超过两个甲子的时间
从1900年量子物理面纱的揭开，到21世纪初量子信息领域的迅猛发展，“量子”这一概念已经陪伴了人类超过两个甲子的时间。经过漫长而艰辛的科学与工程的探索，量子计算在信息安全、人工智能、化学工业、材料工业、自然科学研究等领域展现出巨大的应用前景。
量子计算机技术，这种利用量子系统的叠加和纠缠特性处理信息的新兴技术，成为新一轮信息技术的战略制高点[1]科技改变生活绘画。为了抢占这一制高点，近年来各国出台相应法案、政策、战略,新企业如雨后春笋般萌发。同时多家信息技术巨头竞相布局,量子计算呈现出走向产业化的新气象。本文将简单分析当前各国量子计算发展的历史、现状，探讨其未来走势和关键技术，解释超导量子计算机的重要战略意义。
量子计算发源于美国。在前人有关量子信息理论工作的基础上，1980年贝尼奥夫（Paul Benioff，已于2022年3月29日逝世[2]）提出量子计算机并给出其哈密顿量模型[3]。1981年费曼（Richard Phillips Feynman）在麻省理工举办的第一届计算物理学会议上提出用量子计算机模拟物理系统[4]。
1994年秀尔（Shor）提出用量子计算实现大数质因子分解算法，对RSA密钥体系构成威胁[5]。自此，量子计算对国家信息安全的重要性日益突显，量子计算硬件研究提上日程。2020年5月份以来，美国相继提出的《无尽前沿法案》《NSF未来法案》《确保美国科学技术全球领先法案（2021年）》把量子计算的研究提升到了国家战略的高度[6]科技风装修效果图。
而实际上，美国高校和企业走在了美国政府的前面。加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）超导量子比特transmon[7]的基础上发展出了操控性和扩展性更好的Xmon[8]，并与谷歌合作于2019年宣布在包含53个Xmon量子比特的Sycamore芯片上实现量子优越性[9]。之后，IBM发布127比特的超导量子处理器Eagle，并将其推广到云平台。IBM更是发布了野心勃勃的技术路线位比特的超导量子计算机。谷歌则计划在2029年达到一百万位超导量子比特。
除了IBM、谷歌等大型IT企业在超导量子计算领域开拓前沿，美国一些新兴企业也开始发力。成立于2013年的Rigetti Computing公司于2021年12月15日发布了其新一代多芯片80量子比特Aspen-M量子处理器以及基于单芯片40量子比特处理器的量子计算系统Aspen[12]。
随着量子信息学的发展，我国逐渐认识到了量子科技在推动社会经济发展和维护方面的巨大作用。2020年10月16日，习总在主持中央局第二十四次集体学习时强调电脑壁纸科技风，“要深刻认识推进量子科技发展重大意义，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋”[13]。2021年3月13日，中国在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》[14]中提出：
1.聚焦量子信息等重大创新领域组建一批国家实验室，重组国家重点实验室，形成结构合理、运行高效的实验室体系电脑壁纸科技风。
3.在量子信息等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未来产业。
4.加快布局量子计算、量子通信等前沿技术，加强信息科学与生命科学科技改变生活绘画、材料等基础学科的交叉创新，支持数字技术开源社区等创新联合体发展，完善开源知识产权和法律体系电脑壁纸科技风，鼓励企业开放软件源代码、硬件设计和应用服务。
5.深化军民科技协同创新，加强量子科技等领域军民统筹发展，推动军地科研设施资源共享，推进军地科研成果双向转化应用和重点产业发展。
伴随着党和国家对量子计算的布局，学术界也产出了一批优秀的科研成果。2021年6月，中国科学技术大学潘建伟团队利用包含66比特的超导量子处理器“祖冲之二号”实现了强量子优越性[15]，有力地回应了外界对量子计算机算力（包括谷歌演示的量子优越性实验）的质疑。“祖冲之二号”和“九章”[16]使中国成为世界上目前唯一实现了两种量子计算机（光子和超导）的量子优越性的国家，而且在量子计算领域使中国的量子科技水平从和美国并跑开始向领跑世界转变。
中国科学技术大学不仅在学术上紧跟世界前沿、创造前沿，还孕育了国盾量子（科大国盾量子技术股份有限公司）和本源量子（合肥本源量子计算科技有限责任公司）这两家知名的量子科技企业。本源量子于2017年成立，相继发布了“本源悟源”超导量子计算机、“夸父”系列超导量子处理器、“本源司南”量子计算机操作系统、“本源坤元”量子芯片版图自动化设计软件等重要产品，是国内量子计算产业化的先驱。国盾量子于2009年成立，初期主要从事量子保密通信产品的研发、生产、销售及技术服务，近年来布局了量子计算等领域科研仪器的研发、生产和集成服务，其研发的ez-Q Engine量子测控系统用于完成“祖冲之二号”的量子优越性实验。
除中国科学技术大学外，浙江大学、南方科技大学、中科院物理所、学、北京量子院、清华大学等中国高校和研究所也在超导量子计算领域做出了优秀的成绩科技风装修效果图。
中美之外参与量子计算竞争的国家基本都是发达国家。加拿大D-Wave Systems公司成立于1999年，早期从事基于约瑟夫森结超导电路的量子退火机（一种专用量子计算机）的研发和销售。但量子退火机只能执行一些优化算法，不能像门型量子计算机（即前文美国、中国开发的超导量子计算机）用于通用量子计算，因此，2021年10月5日D-Wave Systems顺势宣布启动门型量子计算机研发，并计划在2023年或2024年推出60量子比特的门型量子计算机[18]。2021年11月30日，芬兰国家技术研究中心（VTT）和IQM公司在Micronova开始运行5比特超导量子计算机[19]，并计划在2024年推出50比特超导量子计算机科技改变生活绘画。2022年2月28日，英国牛津量子电路公司（Oxford Quantum Circuits）在亚马逊的Amazon Braket（一种完全托管式量子计算服务平台）上发布8比特超导量子计算机“露西”（Lucy）[20]。以色列、日本、西班牙、澳大利亚、荷兰、法国、德国等国在量子计算上也有所行动。
信息安全是体系的重要组成部分。由于量子计算机具备破解RSA等广泛使用的密钥体系的潜力[22][23]，针对能抵抗量子计算机攻击的抗量子密码的研究极端重要。而率先研发出破解RSA密钥体系的国家，除了在获取其他国家的情报上具备先发优势，还可以利用强大的量子计算机的算力攻击抗量子密码（也称“后量子密码”）体系，以验证其有效性，确保量子信息时代的信息安全。量子计算机不仅是经典信息时代的“矛”，还是构建量子信息时代“盾”的得力助手。
利用量子计算机模拟物质基本结构（原子核、电子、原子科技改变生活绘画、分子等）的相互作用，能够服务于人类操控物质生产。量子计算机将得到化工科技改变生活绘画、制药电脑壁纸科技风、材料等需要深入了解原材料微观结构变化规律的行业的重用电脑壁纸科技风，进而提高社会生产力。给各行业提供量子计算机算力的公司，其是否盈利取决于这些行业是否因为使用量子计算机而增加了利润。利润体现了量子模拟的经济价值。在经济价值之外，量子模拟的社会价值依然不可忽视，它依然会成为科研利器，推动人类对物质结构的深入理解，是人类文明的宝贵财富。
在量子计算机中能够实现量子态叠加和纠缠的量子比特，是经典计算机所不具备的。基于量子计算机的人工智能研究将开辟新的人工智能发展路径，为社会提供新型算力。
[6]吕凤先, 刘小平. 美国加大基础研究投入确保其科学技术的全球领导地位[J]. 科学观察, 2021, 16(4): 63-69.
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