近年來(lái)，量子計(jì)算無(wú)疑是主要大國(guó)和科技強(qiáng)國(guó)重點(diǎn)關(guān)注的科技領(lǐng)域之一。各方在該領(lǐng)域的布局不斷深化，投資額度年年攀升，科研探索和技術(shù)創(chuàng)新高度活躍，代表性成果亮點(diǎn)紛呈、前景可期。量子計(jì)算未來(lái)有望成為推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)、信息通信技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大新動(dòng)能。

　　2020年中，各國(guó)政府和企業(yè)爭(zhēng)相加大量子計(jì)算領(lǐng)域的投入，研究與應(yīng)用成果頻出?？沽孔用艽a研究方興未艾，量子處理器的性能指標(biāo)屢屢刷新紀(jì)錄，運(yùn)行條件、量子材料和測(cè)控能力等不斷進(jìn)步，量子編程語(yǔ)言和應(yīng)用服務(wù)更加契合實(shí)際需求。量子計(jì)算的物理技術(shù)路線多頭并進(jìn)，離子阱和超導(dǎo)技術(shù)相對(duì)領(lǐng)先，但光量子、硅量子點(diǎn)和拓?fù)涞燃夹g(shù)也表現(xiàn)出不凡潛力。本文從不同側(cè)面入手，梳理總結(jié)了量子計(jì)算領(lǐng)域在2020年中的發(fā)展動(dòng)態(tài)和突出特點(diǎn)。

　　一 各國(guó)夯實(shí)研發(fā)力量，勾勒中短期發(fā)展藍(lán)圖

　　盡管量子計(jì)算尚在初期發(fā)展階段，但考慮到量子計(jì)算可能帶來(lái)的革命性影響，主要大國(guó)都在不遺余力地發(fā)展量子計(jì)算技術(shù)。2020年中，各國(guó)紛紛設(shè)立新的研發(fā)機(jī)構(gòu)，就未來(lái)5到10年左右的量子計(jì)算發(fā)展作出規(guī)劃。

　　1.1  美國(guó)力求維持量子技術(shù)優(yōu)勢(shì)地位

　　早在2002年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）就開始制定國(guó)家級(jí)的量子技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，從而使美國(guó)占據(jù)了該領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。2020年中，為維持美國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位，美國(guó)新建了一批量子技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)，繼續(xù)完善量子技術(shù)方面的國(guó)家級(jí)協(xié)調(diào)機(jī)制，并計(jì)劃打造量子網(wǎng)絡(luò)。

　　2月，美國(guó)白宮發(fā)布《美國(guó)量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略愿景》報(bào)告，提出美國(guó)將建造量子互聯(lián)網(wǎng)，確保量子信息科學(xué)（QIS）惠及大眾。7月，美國(guó)能源部公布一項(xiàng)量子互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，計(jì)劃在十年內(nèi)建成與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)并行的量子互聯(lián)網(wǎng)。同在7月，美國(guó)白宮科技政策辦公室（OSTP）和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）宣布成立三家新的“量子飛躍挑戰(zhàn)研究所”（QLCI），分別推動(dòng)量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量三大方向的研究工作，其中量子計(jì)算QLCI的目標(biāo)是建造大型量子計(jì)算機(jī)、開發(fā)量子算法和實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”（亦稱“量子霸權(quán)”）。8月，OSTP、NSF和美國(guó)能源部亦宣布在能源部轄下的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室新建5個(gè)量子科研中心，即下一代量子科學(xué)與工程中心（Q-NEXT）、量子優(yōu)勢(shì)協(xié)同設(shè)計(jì)中心（C?QA）、超導(dǎo)量子材料與系統(tǒng)中心（SQMS）、量子系統(tǒng)加速器（QSA）和量子科學(xué)中心（QSC）。同在8月，美國(guó)組建國(guó)家量子倡議咨詢委員會(huì)（NQIAC），負(fù)責(zé)向能源部和量子信息科學(xué)分委會(huì)提出量子技術(shù)方面的建議。10月，美國(guó)白宮國(guó)家量子協(xié)調(diào)辦公室（NQCO）發(fā)布《量子前沿：國(guó)家量子信息科學(xué)戰(zhàn)略參考報(bào)告》，該報(bào)告將QIS定位為確保美國(guó)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)家安全的關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)，并提出QIS的8個(gè)前沿領(lǐng)域。

　　1.2  歐洲加碼量子技術(shù)研發(fā)規(guī)劃

　　作為全球三大經(jīng)濟(jì)體之一，歐洲并未忽視量子技術(shù)的研發(fā)和規(guī)劃。歐盟從2008年起陸續(xù)發(fā)布多份量子技術(shù)報(bào)告，并于2018年正式啟動(dòng)為期十年的“歐洲量子技術(shù)旗艦計(jì)劃”。2020中，歐洲各國(guó)加緊完善歐盟及本國(guó)層面的量子技術(shù)研發(fā)規(guī)劃，以獨(dú)立發(fā)展自身的量子技術(shù)能力。

　　5月，歐盟“歐洲量子技術(shù)旗艦計(jì)劃”官網(wǎng)發(fā)布《戰(zhàn)略研究議程（SRA）》報(bào)告，計(jì)劃在未來(lái)三年內(nèi)加緊建設(shè)歐洲的量子通信網(wǎng)絡(luò)，完善和擴(kuò)展現(xiàn)有數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，為未來(lái)的“量子互聯(lián)網(wǎng)”奠定基礎(chǔ)。1月，法國(guó)議員向國(guó)會(huì)提交一份議案，以支持量子技術(shù)在未來(lái)5年內(nèi)的發(fā)展。該議案主要包括以下內(nèi)容：由法國(guó)國(guó)家研究局（ANR）下轄的“量子技術(shù)”中心開展20個(gè)探索性項(xiàng)目，并從中選出三個(gè)優(yōu)先項(xiàng)目；在法國(guó)創(chuàng)立三處“研發(fā)樞紐”（Hub），以匯聚量子物理領(lǐng)域的理論和技術(shù)研究人員、工程師、企業(yè)和最終用戶；在2024年年底前創(chuàng)建50家量子初創(chuàng)公司；圍繞量子領(lǐng)域組建戰(zhàn)略委員會(huì)和國(guó)家計(jì)劃部際協(xié)調(diào)員等國(guó)家級(jí)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制；探索在量子技術(shù)領(lǐng)域開展國(guó)際合作的可能性；舉辦與量子技術(shù)有關(guān)的多項(xiàng)挑戰(zhàn)賽；籌劃量子計(jì)算領(lǐng)域的培訓(xùn)課程等。7月，德國(guó)在疫后經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃中特設(shè)“量子專項(xiàng)”，以求在2021年前建造一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性量子計(jì)算機(jī)。同在7月，英國(guó)國(guó)防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（DSTL）發(fā)布《量子信息處理技術(shù)布局2020：英國(guó)防務(wù)與安全前景》研究報(bào)告，預(yù)計(jì)量子技術(shù)將在未來(lái)5到10年內(nèi)推廣至防務(wù)體系和金融交易領(lǐng)域。11月，法國(guó)原子能委員會(huì)電子與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（CEA-Leti）宣布將建造量子光電子平臺(tái)，以便在硅光電子平臺(tái)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試量子光電集成組件和電路。

　　1.3  俄羅斯正式加入量子計(jì)算競(jìng)賽

　　俄羅斯在量子計(jì)算領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，但與已實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的中美兩國(guó)相比仍差距明顯。2020年中，俄羅斯首次從國(guó)家層面正式加入量子計(jì)算機(jī)研發(fā)競(jìng)賽。

　　2019年12月末，俄羅斯副總理提出國(guó)家量子行動(dòng)計(jì)劃，擬5年內(nèi)制造出能與其它國(guó)家媲美的實(shí)用量子計(jì)算機(jī)。2020年5月，俄羅斯鐵路公司宣布計(jì)劃在2024年前建設(shè)10000公里長(zhǎng)的量子網(wǎng)絡(luò)。2020年11月，俄羅斯量子中心、俄羅斯原子能集團(tuán)下屬企業(yè)、斯科爾科沃基金會(huì)以及幾家俄高校宣布共同組建俄羅斯國(guó)家量子實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室的首要任務(wù)是研發(fā)量子計(jì)算機(jī)，同時(shí)也致力于協(xié)助量子技術(shù)出口、建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和推動(dòng)量子技術(shù)教育工作等。

　　1.4  印度借力國(guó)際量子計(jì)算合作

　　印度在量子計(jì)算領(lǐng)域根基尚淺，但大國(guó)雄心促使其爭(zhēng)取在這一關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域有所作為。2020年中，印度積極開展對(duì)外合作，希望借助他國(guó)的先進(jìn)技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn)來(lái)提升本國(guó)的量子技術(shù)。

　　2月，印度政府表示計(jì)劃在5年內(nèi)制造出第一臺(tái)印度的國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)。6月，印度聯(lián)合商會(huì)（ASSOCHAM）主辦了“2020年印度量子技術(shù)密會(huì)”（IQTC2020），以討論如何在印度實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，與會(huì)方包括IBM、微軟、霍尼韋爾和新加坡國(guó)立大學(xué)等在量子領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的外方機(jī)構(gòu)。8月，印度理工學(xué)院（IIT）宣布將與莫斯科羅蒙諾索夫國(guó)立大學(xué)（Moscow State University）及俄羅斯軟件公司合作，由俄方向其轉(zhuǎn)讓低溫學(xué)、密碼學(xué)和模塊化云管理技術(shù)，并在印度建造全球最大且速度最快的混合量子計(jì)算機(jī)。同在8月，微軟宣布將為印度的頂級(jí)大學(xué)和研究所培養(yǎng)900名量子技術(shù)人才，涵蓋領(lǐng)域包括量子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、量子位、量子門操作和量子編程等。

　　二 礪劍亦鑄盾，抗量子密碼研究方興未艾義

　　自谷歌公司于2019年宣布首次實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”以來(lái)，“用量子計(jì)算機(jī)迅速破解密碼”正逐漸從技術(shù)設(shè)想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)威脅。預(yù)計(jì)未來(lái)十年后，基于因數(shù)分解、離散對(duì)數(shù)和橢圓曲線的非對(duì)稱密碼算法（包括RSA和橢圓曲線密碼（ECC）在內(nèi)的幾乎所有加密算法）都將被量子計(jì)算機(jī)輕易破解，屆時(shí)所有保密信息都必須由全新的抗量子手段來(lái)提供保護(hù)。2020年中，在德國(guó)與芬蘭相繼啟動(dòng)抗量子加密項(xiàng)目，以發(fā)展歐洲的抗量子加密能力；美國(guó)更是大力推動(dòng)抗量子加密算法標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，以求主導(dǎo)抗量子加密算法的發(fā)展路徑。

　　2.1  歐洲國(guó)家相繼啟動(dòng)抗量子加密項(xiàng)目

　　自“斯諾登”事件曝光以來(lái)，美歐之間的信息安全互信已出現(xiàn)了明顯的裂痕。考慮到美國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的技術(shù)水平及其監(jiān)聽歐洲領(lǐng)導(dǎo)人的前科，歐洲國(guó)家必然會(huì)警惕量子計(jì)算機(jī)對(duì)加密通信的威脅。2020年中，為防范美國(guó)及其它國(guó)家的量子計(jì)算機(jī)將來(lái)構(gòu)成的威脅，以德國(guó)和芬蘭為代表的歐洲國(guó)家未雨綢繆，相繼啟動(dòng)各自的抗量子加密項(xiàng)目。3月，德國(guó)半導(dǎo)體巨頭英飛凌（Infineon）公司宣布其正在開展兩項(xiàng)基于芯片的量子安全機(jī)制研究項(xiàng)目，這兩項(xiàng)項(xiàng)目得到德國(guó)聯(lián)邦研究與教育部的資助，旨在解決工業(yè)系統(tǒng)、智能卡和嵌入式醫(yī)療系統(tǒng)的抗量子加密問(wèn)題。5月，Tutanota公司宣布在歐盟的資助下，其正在與萊布尼茲大學(xué)（Leibniz University of Hanover）合作開展一個(gè)名為“PQmail”的電子郵件抗量子加密項(xiàng)目。6月，在芬蘭商務(wù)局（Business Finland）牽頭下，包括赫爾辛基大學(xué)（University of Helsinki）、VTT研究中心、芬蘭國(guó)家安全機(jī)關(guān)和私營(yíng)企業(yè)在內(nèi)的各方啟動(dòng)了“抗量子加密”（PQC）項(xiàng)目，以研發(fā)量子時(shí)代的安全加密技術(shù)。

　　2.2  美國(guó)加緊制定抗量子加密標(biāo)準(zhǔn)

　　近年來(lái)，NIST一直在開展抗量子密碼評(píng)審工作，以便為將來(lái)的抗量子密碼標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。2020年中，NIST完成了第二輪抗量子加密算法評(píng)審，從26種候選算法中選出了7種入圍算法和8種候補(bǔ)算法。其評(píng)審結(jié)果表明，“格密碼”（lattice-based cryptography）計(jì)算速度快、通信開銷較小、適用范圍廣，是目前最有前景的抗量子加密技術(shù)。在此次入圍的7種算法中，格密碼算法就占了5種（包括CRYSTALS-KYBER、NTRU、SABRE、CRYSTALS-DILITHIUM和FALCON），足見其巨大潛力。7月，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）結(jié)束了為期三年多的第二輪抗量子加密算法評(píng)審已經(jīng)結(jié)束，從中選出了15種算法，其中9種算法適用于公鑰加密，6種算法適用于數(shù)字簽名；NIST計(jì)劃在2022年左右完成第三輪評(píng)審，隨后發(fā)布首份抗量子密碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但其不排除新增其它算法并繼續(xù)開展第四輪評(píng)審的可能性。

　　三 計(jì)算能力屢創(chuàng)新高，多條技術(shù)路線并行推進(jìn)

　　量子處理器是量子計(jì)算機(jī)的物理基礎(chǔ)，其性能很大程度上決定了量子計(jì)算機(jī)的性能。量子處理器的技術(shù)路線包括超導(dǎo)、離子阱、光量子、硅量子點(diǎn)、中性原子、拓?fù)浜妥孕?，近年?lái)前四條路線均已實(shí)現(xiàn)了物理量子位（Qubit，亦稱“量子比特”），并正在朝可糾錯(cuò)的邏輯量子位邁進(jìn)，但尚無(wú)哪條路線能完全滿足通用計(jì)算機(jī)的所有必要條件。2020年中，科技巨頭和初創(chuàng)企業(yè)在量子計(jì)算性能上你追我趕，使量子計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)達(dá)到了前所未有的水平。量子處理器的不同技術(shù)路線在2020年中分頭并進(jìn)，超導(dǎo)技術(shù)和離子阱技術(shù)相對(duì)領(lǐng)先，光量子、拓?fù)浜凸枇孔狱c(diǎn)技術(shù)也各有進(jìn)展。未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)或?qū)⒉辉僖晃蹲非笤黾恿孔游粩?shù)量，而是更加注重提升邏輯門保真度、相干時(shí)間、噪聲和連接數(shù)等其它指標(biāo)。

　　3.1  性能競(jìng)爭(zhēng)陷入白熱化

　　1月，IBM公司推出28個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)“Raleigh”，其量子體積（簡(jiǎn)稱QV，是由IBM提出的量子計(jì)算機(jī)綜合指標(biāo)）達(dá)到32，比2019年的16 QV翻了一番。6月，霍尼韋爾（Honeywell）公司后來(lái)居上，推出64 QV的量子計(jì)算機(jī)“H0”。IBM亦不甘示弱，在8月推出基于“Falcon”量子處理器的64 QV量子計(jì)算機(jī)“Montreal”。10月，霍尼韋爾再次先人一步，宣布其最新的量子計(jì)算機(jī)（即其在10月末正式發(fā)布的量子計(jì)算機(jī)“H1”）已達(dá)到128 QV。然而僅一天之后，量子計(jì)算初創(chuàng)公司IonQ異軍突起，宣布制造出32個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)，其QV高達(dá)400萬(wàn)之巨。這一數(shù)值頓使IBM和霍尼韋爾先前的較量黯然失色。12月，IBM宣布其量子計(jì)算系統(tǒng)“IBM Q System One-Montreal”達(dá)到QV 128，為2020年的這場(chǎng)激烈角逐拉下帷幕。從IonQ公布的數(shù)據(jù)看，其量子計(jì)算機(jī)的高質(zhì)量量子位只有22個(gè)，但QV會(huì)隨著量子位數(shù)量和質(zhì)量的增加而成幾何倍數(shù)增大，所以每增加一個(gè)高質(zhì)量量子位都會(huì)使QV大幅提升，最終達(dá)到了400萬(wàn)的水平。從當(dāng)前量子計(jì)算性能的提升速度來(lái)看，百萬(wàn)級(jí)的QV數(shù)值過(guò)大，已不適合用來(lái)衡量量子計(jì)算機(jī)的性能差距。為此Atos公司在12月提出了新的量子計(jì)算性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)“Q-Score”，以客觀衡量各種量子處理器在解決優(yōu)化問(wèn)題時(shí)的實(shí)際性能。

　　3.2  多條技術(shù)路線各有突破

　　在2020年的性能競(jìng)爭(zhēng)中，霍尼韋爾和IonQ等公司采用了離子阱路線，IBM和去年宣布實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的谷歌等公司則采用了超導(dǎo)路線。與其它路線相比，離子阱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于量子相干時(shí)間長(zhǎng)，可執(zhí)行高保真度的量子態(tài)測(cè)量與量子門操作，以及可實(shí)現(xiàn)量子位全連接等，缺點(diǎn)則在于需要真空環(huán)境，以及因使用激光系統(tǒng)而導(dǎo)致的可擴(kuò)展性不足。超導(dǎo)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于借助了十分成熟的集成電路工藝，因而具備良好的可擴(kuò)展性，缺點(diǎn)則在于容易受到量子噪聲的影響，需要超低溫環(huán)境，且物理布線的工藝難度將隨著量子位數(shù)量的增加大幅提高，以至于很難實(shí)現(xiàn)量子位全連接。這兩種技術(shù)都優(yōu)缺點(diǎn)明顯，尚無(wú)法斷言何者更勝一籌，但隨著霍尼韋爾等新力量的加入，離子阱陣營(yíng)的規(guī)模近年來(lái)正在不斷擴(kuò)大。

　　其它技術(shù)路線亦各有進(jìn)展。3月，日本理化研究所、新南威爾士大學(xué)和東京工業(yè)大學(xué)研究人員在未改變硅量子自旋狀態(tài)的情況下，成功測(cè)量了硅量子點(diǎn)的電子自旋狀態(tài)，這種非破壞性測(cè)量對(duì)量子計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)十分重要。5月，美國(guó)陸軍科學(xué)家發(fā)現(xiàn)可利用非線性光學(xué)晶體實(shí)現(xiàn)量子邏輯門，這一發(fā)現(xiàn)有望使未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)不再需要超低溫環(huán)境。9月，微軟聯(lián)合哥本哈根大學(xué)制造出了由銪硫化物、鋁和砷化銦組成的新型混合拓?fù)洳牧?，這種材料有望用于制造首臺(tái)拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)。10月，澳大利亞初創(chuàng)公司SQC使硅原子雙量子位的保真度達(dá)到了99.99%，打破了此前由谷歌創(chuàng)造的最高紀(jì)錄99.64%。量子計(jì)算的多條技術(shù)路線在2020年中均表現(xiàn)出了不小的潛力，未來(lái)的勝負(fù)很可能取決于材料學(xué)的進(jìn)步。

　　四 應(yīng)用層面亮點(diǎn)紛呈，生態(tài)環(huán)境日趨完整

　　量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行原理與經(jīng)典計(jì)算機(jī)截然不同，因此需要開發(fā)專用的編程語(yǔ)言和應(yīng)用程序。隨著量子計(jì)算性能的不斷攀升，如何在應(yīng)用層面發(fā)揮量子計(jì)算機(jī)的潛力，已成為量子計(jì)算領(lǐng)域面臨的又一大挑戰(zhàn)。2020年中，量子編程語(yǔ)言和量子應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域的探索進(jìn)入活躍期，開創(chuàng)性成果頻現(xiàn)，量子化學(xué)模擬、量子組合優(yōu)化和量子機(jī)器學(xué)習(xí)等前沿應(yīng)用領(lǐng)域有望率先取得重大突破。

　　4.1  編程語(yǔ)言邁向通用化

　　近年來(lái)發(fā)布的量子編程語(yǔ)言都屬于“硬件描述語(yǔ)言”，需要通過(guò)龐雜的指令來(lái)精確描述特定底層電路的行為，這意味著每款量子處理器都各有各的專用復(fù)雜語(yǔ)言。鑒于量子計(jì)算技術(shù)路線的多樣性，在2020年中，量子算法開發(fā)人員不約而同將“通用”作為開發(fā)重點(diǎn)，相繼推出不依賴于特定量子硬件的編程語(yǔ)言和工具。

　　1月，Quantum Machines公司發(fā)布了量子編程平臺(tái)“Quantum Orchestration Platform”（QOP），該平臺(tái)具備必要的脈沖生成、讀出、控制流和經(jīng)典處理功能，可供用戶為不同類型的量子處理器編制程序。2月，Quantum Computing公司推出以“二次無(wú)約束二元優(yōu)化”（QUBO）公式為核心的量子應(yīng)用程序開發(fā)平臺(tái)Mukai。6月，Quantum Machines公司推出量子計(jì)算通用編程語(yǔ)言“QUA”，這是第一種將脈沖級(jí)的通用量子運(yùn)算與通用經(jīng)典運(yùn)算結(jié)合到一起的編程語(yǔ)言，也是該公司QOP平臺(tái)的組件之一。同在6月，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）發(fā)布了全球第一種高級(jí)量子編程語(yǔ)言“Silq”，與現(xiàn)有的其它量子編程語(yǔ)言相比，該語(yǔ)言更安全、簡(jiǎn)單、快捷、直觀且易于理解，可以像傳統(tǒng)編程語(yǔ)言那樣為量子計(jì)算機(jī)編程。

　　4.2  應(yīng)用服務(wù)聚焦解決實(shí)際問(wèn)題

　　量子計(jì)算應(yīng)用服務(wù)可面向機(jī)器學(xué)習(xí)、分子化學(xué)、網(wǎng)絡(luò)搜索、智能識(shí)別、金融和材料設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域，是量子計(jì)算實(shí)用化的關(guān)鍵一環(huán)。目前量子應(yīng)用服務(wù)研究處于開放探索階段，不少量子計(jì)算企業(yè)都在與相關(guān)行業(yè)開展合作。2020年中，研究人員注重匹配化學(xué)等具體領(lǐng)域的應(yīng)用需求，并在計(jì)算模型中充分體現(xiàn)量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，而這些工作也將為其它領(lǐng)域的量子應(yīng)用服務(wù)提供啟發(fā)。

　　3月，谷歌發(fā)布量子機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練框架“TensorFlow Quantum”，以利用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)訓(xùn)練適用于量子計(jì)算機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。8月，谷歌用12個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)成功模擬了二氮烯的異構(gòu)化反應(yīng)，這是實(shí)迄今為止規(guī)模最大的化學(xué)模擬計(jì)算，這也是首次用量子計(jì)算來(lái)模擬化學(xué)反應(yīng)。9月，Quantum Computing公司推出全球首款量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，該程序借助量子計(jì)算機(jī)的獨(dú)特性質(zhì)，有史以來(lái)首次在計(jì)算設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了真隨機(jī)數(shù)生成功能。

　　五 量子云計(jì)算百家爭(zhēng)鳴，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈

　　量子云計(jì)算是指依托經(jīng)典的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供量子計(jì)算硬件的接入、模擬及軟件服務(wù)。量子計(jì)算機(jī)雖算力強(qiáng)大，但數(shù)量稀少且運(yùn)行條件嚴(yán)苛，因此云計(jì)算必然是未來(lái)使用量子計(jì)算能力的主要方式之一。同時(shí)云計(jì)算平臺(tái)能吸引龐大的用戶群，從而反過(guò)來(lái)對(duì)量子計(jì)算技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和服務(wù)的良性發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。在2020年中，商業(yè)機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)聯(lián)盟普遍看好量子云計(jì)算的發(fā)展?jié)摿Γ娂娡瞥龈骶咛厣牧孔釉破脚_(tái)，以搶占市場(chǎng)先機(jī)。

　　2月，D-Wave公司推出Leap 2量子計(jì)算云平臺(tái)，這是第一款為開發(fā)人員和組織設(shè)計(jì)的量子云服務(wù)平臺(tái)。4月，荷蘭學(xué)術(shù)聯(lián)盟QuTech推出了歐洲第一款公共量子計(jì)算云平臺(tái)Quantum Inspire，該平臺(tái)是全球首個(gè)包含“自旋量子位”（Spin Qubit）量子處理器在內(nèi)的云平臺(tái)，用戶可通過(guò)該平臺(tái)使用自旋量子處理器、超導(dǎo)量子處理器和量子模擬器等，以開展量子計(jì)算領(lǐng)域的教育、培訓(xùn)和應(yīng)用程序開發(fā)工作。8月，亞馬遜公司正式推出其量子計(jì)算云平臺(tái)Amazon Braket，向用戶提供D-Wave公司、IonQ公司和Rigetti公司的量子計(jì)算服務(wù)（亞馬遜自身并未研發(fā)量子計(jì)算機(jī)）。9月，Xanadu公司推出全球首個(gè)光量子計(jì)算云平臺(tái)，用戶可通過(guò)該平臺(tái)使用8個(gè)或12個(gè)量子位的光量子計(jì)算機(jī)，以發(fā)揮此類計(jì)算機(jī)可在室溫下運(yùn)行的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。11月，AlgoDynamix公司推出全球第一種用于財(cái)務(wù)分析的量子云計(jì)算服務(wù)，該服務(wù)采用D-Wave公司的退火量子技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)市場(chǎng)行為，從而把計(jì)算速度提高了10000倍。

　　六 結(jié)語(yǔ)

　　2020年中，國(guó)外量子計(jì)算領(lǐng)域的研究與應(yīng)用成果層出不窮，IBM、霍尼韋爾和IonQ之間的性能競(jìng)賽更是年內(nèi)科技界的一大熱門話題。通過(guò)梳理一年來(lái)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，可以看出各國(guó)高度重視量子計(jì)算，量子計(jì)算機(jī)正在加速邁向?qū)嵱没⑸虡I(yè)化，同時(shí)鑒于量子計(jì)算對(duì)加密通信的威脅，抗量子密碼技術(shù)也是近年來(lái)的發(fā)展熱點(diǎn)。

　　不過(guò)必須指出的是，迄今尚無(wú)具備實(shí)用價(jià)值的“量子優(yōu)越性”用例，量子計(jì)算的運(yùn)行和測(cè)控條件依舊十分嚴(yán)苛，建造可容錯(cuò)、可擴(kuò)展的通用量子計(jì)算仍是十年以上的遠(yuǎn)景目標(biāo)。在未來(lái)數(shù)年中，如果遲遲無(wú)法探索出有價(jià)值的實(shí)際用途，量子計(jì)算領(lǐng)域就可能從熱門學(xué)科跌入發(fā)展低谷。