小关对话｜用量子重新定义计算机，打开光量子计算的神奇之门

​还记得电影《流浪地球2》中的智能量子计算机MOSS吗？很多人说《流浪地球2》不仅仅是科幻片，还是一部科技发展预告片，电影映射了大量现实中真实存在的科技脉络，量子计算就是其中之一。 在现实中，传统摩尔定律的终结，以及人工智能、大数据对于算力提出的更高要求，成为了量子计算领域快速发展的大背景和最大机遇，随着全球各国不断鼓励并大力投资量子计算领域，量子计算的发展上升到国家战略高度。

那么什么是量子计算？目前的量子计算都有哪些技术路线？与经典计算不同，量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式，它与现有计算模式完全不同。在理解量子计算的概念时，通常将它与经典计算相比较。经典计算使用二进制的数字电子方式进行运算，而二进制总是处于0或1的确定状态。量子计算借助量子力学的叠加特性，能够实现计算状态的叠加。它不仅包含0和1，还包含0和1同时存在的叠加态(superposition)。量子计算有可能在几分钟内解决传统计算机需要数万年才能解决的问题。

目前，量子计算技术路线已呈现“百花齐放”态势，处于超导、离子阱和光量子多种技术路线并行状态。比如谷歌、IBM沿用了他们传统的半导体工艺，使用的是超导技术路线，IonQ、Quantinuum等公司使用的是离子阱技术路线。相比于超导“一马当先”，离子阱“不甘示弱”，光量子也“驶入了快车道”。光量子计算是利用光量子特性来进行计算的技术，是一种主流的量子计算的技术，前两种路线超导、离子阱都需要将芯片冷却（超导技术路线需要至绝对零度、离子阱技术路线需要低于零下270摄氏度的超低温），运行条件较为苛刻，运行成本高昂，阻碍了未来的实际部署使用。因此在部署可能性和系统可扩展性上，光量子被认为是最有发展前景的技术路线。

虽然量子计算仍处于前期探索阶段，但已经取得一些重要进展。作为面向全球科技创新交流合作的国家级平台，中关村论坛始终关注量子计算领域的前沿技术、重大科研进展，并促成了一系列该领域的重磅科技成果落地。

玻色量子的光量子计算机真机——天工量子大脑

2023中关村论坛上，我国首台自研的100量子比特相干光量子计算机——“天工量子大脑”惊艳亮相。“天工量子大脑”拥有100个计算量子比特规模，求解速度比经典优化算法平均加速超过100倍，平均求解结果优于经典算法120%，而且核心器件实现了完全国产化。这些强大的“内在”，也使得“天工量子大脑”成为万众瞩目的焦点，获得了媒体的争相报道。

本期小关对话聚焦光量子计算，对话“天工量子大脑”的制造者文凯博士，关注量子计算领域的前沿动态和未来发展。

“量子计算上升到国家战略高度，第二轮量子科技的革命不断推进，这些都从正面表现出大行业背景下的巨大机遇与挑战。机不可失，我决定归国创业，寻找量子计算在国内的发展机会。”文凯说。

文凯博士和“天工量子大脑”合影

带着“技术报国”、突破“卡脖子”技术的朴素想法，2020年11月，斯坦福大学海归博士文凯和团队成员在北京成立玻色量子，成为当时北京市唯一一家研发光量子计算的硬科技公司，聚焦实用型量子计算设备研发和商业应用落地。“学而优则创”，对文凯来说，创业是水到渠成的选择也是量子计算时代到来的呼唤。

在量子计算多种路线并存的情况下，文凯认为，光量子是实现大规模量子计算的最佳途径之一，也是破局NISQ（含噪声的中等规模量子计算）时代的首选技术路线。比起其它技术路线，光量子计算不需要超低温，且具有量子比特数规模大、室温稳定运行、相干时间长等多方面的优势，在短期可实现工程化。因此，不管是从“用得上、用得起”的实用化部署考虑，还是从未来的发展潜力上，光量子都具有较为突出的优势，因此，玻色量子将自己的赛道定位在光量子计算领域并志在掌握核心技术。

名词解释：NISQ

Noisy Intermediate-Scale Quantum：中等规模(intermediat—scale)指量子计算机的量子比特个数大概在50至100这个范围；含噪声(noisy)是指所能操作的量子比特很不稳定，噪声干扰非常严重，限制了可用量子比特规模，去掉噪声后能用于实际计算的“逻辑量子比特”极少。

摩尔定律的终结限制了电子计算机的发展潜力，这为量子计算领域发展带来最大机会。自动驾驶、元宇宙等领域的技术研发对算力提出了更高的要求，人工智能大模型点燃算力爆点……随着各行各业算力需求的不断提升，量子计算将能充分发挥量子优越性，彻底颠覆经典计算解决复杂问题的传统方式，甚至从时间和结果上实现计算的双重迭代。

量子计算拥有能为算力带来飞跃式提升的“魔力”，在此情况下，人工智能和量子计算，在算力的“撮合”下，交汇出了巨大的想象空间。文凯和团队聚焦光量子计算路线，不断完善量子计算对AI、大数据、生物医药等各类问题的计算加速应用，以解决未来时代的算力需求，占领全球前沿硬科技发展先机。

文凯认为，自从深度学习被提出以来，深度学习参数的高速提升和大规模神经网络等都是AI快速发展的直接表现，而量子计算可以高效改善AI快速发展所带来的算力瓶颈。从行业上看，基于量子力学的叠加和并行加速等原理，使得量子算法非常适于解决人工智能和机器学习中核心的最优化（Optimization）过程类问题。《流浪地球》中展望的智能量子计算机MOSS不仅算力惊人，更具备了自我迭代、自我更新的特点。

“AI+量子计算”的结合也代表着“经典+量子计算”结合的一种实用化技术发展趋势，在量子计算商用化没有彻底爆发之前，这也是量子计算发展的“必经之路”。 

“相干光量子技术路线，通过对激光的精准控制，不需要超低温超导环境，在室温下即可运行，具有稳定的状态，稳定的操控，和稳定的结果，这‘三稳’的特点。相干光量子计算架构能大幅加速AI运算，通常神经网络容量越高则性能越好，但计算复杂度随之大幅增加，相干光量子计算架构处理相应复杂度计算只需要增加非常少的量子比特数，即可大幅加速AI运算，使算力指数级倍增”文凯说。

量子比特数是衡量量子计算机性能的重要指标之一， 在业内专家看来，100量子比特是验证量子计算工程机具备实用化优势的重要拐点，1000+量子比特代表量子计算机能充分发挥量子计算优越性的重要起点，一旦量子比特数量破万，这将意味着真正的量子霸权时代已然到来，量子计算机将完全碾压大多数传统经典计算机的计算能力。

名词解释：量子比特数

量子比特数：在量子信息学中，量子比特（quantum bit）又称qubit，是量子信息的基本单位。量子比特数是衡量量子计算机性能的重要指标之一。

国内首台100量子比特相干光量子计算机——“天工量子大脑”的发布就代表了这一重要拐点。随着“天工量子大脑”的发布，玻色量子已经实现的真机测试与实用化场景验证，包括金融、云平台、电力、通信等领域。

接下来，玻色量子还将启动“燎原计划”开发者平台，并持续对外开放“天工量子大脑”的真机测试，助力不同领域的研究伙伴了解相干量子计算的原理和能力，在此基础上展开共同研发，用量子计算去解决更多真实场景中的问题，让量子计算的超强算力能真正服务于各行各业，满足未来时代对于计算的需求。

尽管量子计算距离市场爆发还为时过早，但量子计算正在悄然赋能各产业领域

“比如在云平台领域，也在持续对外开放真机测试，完全融入中国移动云完备的量子计算生态体系，成为量子计算云平台的一部分，对于未来人们的日常生活，我们也致力于提供人人可用的量子云算力。”文凯介绍说。

量子计算拥有巨大的潜力，但实现商用化、产业化还面临诸多挑战。

“我认为要想实现产业化，‘从理论优越性走向实用优越性’是重中之重，也是最大的挑战。首先需要量子计算机本身的算力能够达到实用化需求的门槛。当可用于计算的‘逻辑量子比特’数达到数百比特规模时，并且能计算具有实际价值的问题时，才可能体现出量子的应用优越性，这也是量子计算实用化的关键指标。”

在文凯看来，每一个成就都是过去，每一个“当下”都是真正最困难的时候。而他和伙伴们也将“咬定青山不放松”，将坚持做“能用且有用”的实用化光量子计算机作为追求的目标，目标不达、奋斗不止、精进不怠。

文凯博士在2023中关村论坛上发表了《实用化光量子计算机设备》主题演讲

我国首台自研的100量子比特相干光量子计算机——“天工量子大脑”在2023中关村论坛上展出

在2023中关村论坛上，玻色量子了解了国际领先的科技企业的多场景、高水平科技产业布局与应用态势，与各专家的面对面沟通与交流，也受到诸多启发。

作为量子计算领域科学家，文凯希望通过中关村论坛这个面向全球科技创新交流合作的国家级平台与更多合作伙伴共同探索量子计算在更多行业的实际应用，也希望中关村论坛更多关注国内外量子生态建设中的技术突破、产业布局、前景应用等议题，为量子计算产业上下游的企业进行深入沟通与交流，碰撞更多的合作机会。

协同创新“量子+”，共赴量子计算新未来，中关村论坛将携手更多像玻色量子这样的新锐企业，促进产业生态健康发展，开启量子计算的奇迹之门！

PS：本文转载自《中关村论坛》，原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/gLQpfxA8Yt8mZCl7HSQYWA

关于中关村论坛

• 中关村论坛创办于2007年，以“创新与发展”为永久主题，是我国面向全球科技创新交流合作的国家级平台。

• 论坛由科技部、国家发展改革委、工业和信息化部、国务院国资委、中国科学院、中国工程院、中国科协和北京市政府共同主办。

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