你還記嗎？我們在前兩篇文章中介紹了超導量子計算及其糾錯方案。超導量子計算是一種基於超導現象和集成電路工藝的運算方案，作為現今主流的量子計算方案之一，不僅可以與現今的集成電路工藝相兼容，從而可以製備出大量的量子比特，還具有良好的可操縱性和靈活性，能夠進一步應用於不同場景下的科學研究。

屏幕前的小伙伴一定想知道，如此先進的超導量子計算，在現實世界中是否已經得到了應用呢？

當夢想照進現實——“狂飆”的超導量子計算

從上世紀90年代開始，國際上領先的高科技公司就開始投入到對量子計算機的研發中，並且積極探索超導量子計算的實現方案。目前，量子計算機仍然處於從實驗室的研發向企業產品化的發展階段，其中，在量子計算的賽道上一路“狂飆”的技術路線，當屬超導量子計算方案。

在2019年，來自谷歌的量子人工智能研究團隊就研製出具有53個超導量子比特的量子計算機，並且展現出強大的運算能力。在針對某個特定複雜計算任務的求解上，該款超導量子計算機只需要200秒就可以成功完成任務。而如果採用當年世界上排名第一的超級計算機進行求解，則需要長達一萬年才能實現。

谷歌公司發布的超導量子計算機

（圖片來源：Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor – Google AI Blog ）

而就在2023年2月，該研究團隊將原本只有53個量子比特的超導量子計算系統進一步升級，擴展至72個量子比特，並且成功驗證了量子糾錯方案的可行性。這也就意味著，人們距離未來真正實用化的量子計算機更近了一步，從而展示出量子計算機未來的巨大發展潛能。

值得一提的是，來自中國的量子技術團隊也在超導量子計算領域，接連取得了可喜的成果。就在2021年，來自中國科學技術大學的研究團隊主導構建了屬於我們自己的超導量子計算機——“祖沖之二號”。該款超導量子計算機的量子比特數目達到66個，並且在運算速度方面比2019年谷歌發布的系統快接近一萬倍，從而在國際量子信息的競爭中佔有一席之地。

祖沖之二號（圖片來源：安徽日報）

而就在2023年3月，來自南方科技大學、清華大學和福州大學的聯合實驗團隊，也在基於超導量子計算的量子糾錯領域取得突破性進展。該研究團隊利用實時重複的量子糾錯技術，在國際上首次降低了量子比特的錯誤率，從而延長了量子比特的存儲時間，相關科研成果發表在國際頂尖的學術期刊《Nature》上。

（圖片來源：Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit, Nature）

量子計算的“三步走”戰略——腳踏實地，未來可期

雖然量子計算的發展十分迅速，但需要提醒大家的是，量子計算機仍然處於十分初始的階段。

目前主流的觀點認為，要實現真正實用化的量子計算機，需要至少經過三個發展階段，分別為：量子計算的可行性論證，消除外界干擾進行量子計算，以及具有商業價值的實際量子計算應用。

為了逐步實現量子計算的發展目標，科學家們也相應地提出“三步走”戰略，即：驗證量子計算的優越性、在噪聲環境下的中等規模量子計算（NISQ），以及可以通用化的量子計算。

量子計算機的“三步走”戰略：綠色區域代表下一步的NISQ，灰色區域代表第三步的容錯量子計算。

（圖片來源：Quantum advantage, or a practical demonstration that quantum computers work | by Przemek Chojecki | Towards Data Science）

當前，人類已經完成“三步走”戰略中的第一步——驗證量子計算的優越性。這個標誌性的事件就是谷歌團隊於2019年公佈的超導量子計算機。

該款量子計算機展現了遠超經典計算機的超強算力，因此人類已經證明了量子計算有自身獨特的優越性。

目前，科學家們正在努力實現“三步走”戰略中的第二步——在噪聲環境下的中等規模量子計算（NISQ）。

這是因為，量子計算機在運算過程中非常容易受到外界環境的干擾，從而在量子計算的實際運算中出現一定的錯誤率，而這種干擾也被稱為“噪聲”。

為了降低噪聲環境下量子計算的錯誤率，這就需要進行量子糾錯，從而順利地完成運算任務。

這一步同樣是谷歌的研究團隊實現了突破，我們在前一篇文章中已經詳細介紹了他們基於超導量子系統，成功驗證了量子糾錯方案的可行性。

這標誌著人類已經在量子糾錯領域邁出了堅實的一步，從而沿著“三步走”戰略繼續穩步前行。

而“三步走”戰略中的最後一步，也是我們的最終目標——可以實現通用化的量子計算。

在可預見的將來，我們在完成“三步走”戰略之後，量子計算機將不僅僅可以用於特定算法問題的求解，還可以幫助人們完成從新型藥物分子的研發到核聚變反應過程計算等，從而展現出潛力巨大的商業價值。

結語

雖然量子計算機距離真正實用化還有很長的一段路要走，並且在形態和功能上仍然比較初級。但是，很多這個領域的科學家會想到1946年誕生的第一台計算機ENIAC——它佔地面積高達170平方米，重達30噸。

（圖片來源：ENIAC – Wikipedia）

儘管當初ENIAC龐大到佔據整個房間，但是它開啟了人類信息時代的大幕，從而深刻地改變了人類的生產和生活方式。因此，我們有理由相信，隨著量子計算技術的不斷突破，量子時代也將進一步改變人類處理信息的方式，而新時代的大幕現在正在悄然拉開。