量子計算技術(shù)不僅能克服現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝因為尺寸減小而引起的熱耗效應(yīng)，還能利用量子效應(yīng)實現(xiàn)功能強大的并行計算，極大地提高計算速度和信息處理能力。規(guī)?；ㄓ昧孔佑嬎銠C的誕生將極大地滿足現(xiàn)代信息的需求，在海量信息處理、重大科學(xué)問題研究等方面產(chǎn)生巨大影響，甚至對國家的國際地位、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步、國防軍事和信息安全等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵性作用。

（一）國家影響力

信息是當(dāng)今世界最為重要的戰(zhàn)略資源，計算機技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的核心，信息處理能力是信息時代的基本生產(chǎn)力，是國家的核心競爭力，體現(xiàn)國家綜合實力的重要標(biāo)志。二戰(zhàn)結(jié)束以來，美國一直占據(jù)超級計算機研發(fā)的尖端，最初主要用于計算導(dǎo)彈彈道以及核武器模擬計算等軍事活動當(dāng)中，后來逐步應(yīng)用到科研、產(chǎn)品研發(fā)、金融等各個領(lǐng)域。隨后，計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在美國迅速發(fā)展壯大，并在世界范圍內(nèi)擴(kuò)展和加速全球化進(jìn)程，美國在此過程中積累了其強大的國際影響力。量子計算科技革命給了我國一個從經(jīng)典信息技術(shù)時代的跟蹤者、模仿者轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥硇畔⒓夹g(shù)的引領(lǐng)者的、不可錯過的偉大機遇。量子計算技術(shù)是一種顛覆性技術(shù)，關(guān)系到一個國家未來發(fā)展的基礎(chǔ)計算能力，一旦形成突破，會使掌握這種能力的國家迅速建立起全方位戰(zhàn)略優(yōu)勢，引領(lǐng)量子信息時代的國際發(fā)展。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

（二）經(jīng)濟(jì)影響力

量子計算機能克服現(xiàn)代計算機發(fā)展所遇到的能耗和量子效應(yīng)問題，從而擺脫半導(dǎo)體行業(yè)面臨的摩爾定律失效的困境，同時突破經(jīng)典極限，利用量子加速、并行特性解決經(jīng)典計算機難以處理的相關(guān)問題。作為現(xiàn)代計算機的顛覆者，未來量子計算機會像經(jīng)典計算機一樣形成龐大的技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，在國民經(jīng)濟(jì)生活中產(chǎn)生重大影響。其突破必將為信息和材料等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展開辟廣闊的空間，成為后摩爾時代和后化石能源時代人類生活的技術(shù)依托。量子計算機的研制必將帶動包括材料，信息，技術(shù)，能源等一大批產(chǎn)業(yè)的飛躍式發(fā)展。量子計算機強大的并行計算和模擬能力，將為密碼分析、氣象預(yù)報、石油勘探、藥物設(shè)計等所需的大規(guī)模計算難題提供了解決方案，從而為提高國家整體經(jīng)濟(jì)競爭力創(chuàng)造條件。

量子計算與氣象預(yù)報（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

（三）科技影響力

過去50年以來，半導(dǎo)體及信息行業(yè)的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷過數(shù)次突破，從處理器的運算速度到存儲器容量，再到網(wǎng)絡(luò)帶寬，每一次突破之后都能帶來巨大的社會進(jìn)步。目前，海量數(shù)據(jù)處理已成為急需攻克的壁壘。當(dāng)前計算機處理海量數(shù)據(jù)的能力非常薄弱，傳統(tǒng)計算機已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足信息量爆炸式增長的需求，迫切需要從原理上突破超大信息容量和超快運算速度的瓶頸，而量子計算機正好能有效滿足這一需求。量子計算機在科學(xué)研究領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。學(xué)術(shù)界認(rèn)為，在量子計算機達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的比特數(shù)之前，將首先用于對量子體系的模擬。量子計算機利用其特殊的量子力學(xué)原理，將為強關(guān)聯(lián)等物理學(xué)提供完美的檢驗平臺。同時量子計算對于生物制藥、機器學(xué)習(xí)、人工智能領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，并對提高國家科技影響力起到積極作用。

人工智能（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）（四）軍事影響力

量子物理與計算科學(xué)第一次大規(guī)模結(jié)合的直接原因就是研制核心武器的需求。在計算技術(shù)的發(fā)展歷程中，軍事應(yīng)用價值始終是其重要推動力之一。量子計算機的強大功能應(yīng)用到國防建設(shè)時，其強大的運算、搜索、處理能力，將為未來武器研發(fā)提供計算、模擬平臺，縮短研發(fā)周期，提高武器研發(fā)效率。還將在未來戰(zhàn)場上破譯加密密文，為及時高效準(zhǔn)確的情報和戰(zhàn)況分析提供技術(shù)支撐，提升作戰(zhàn)能力，同時在戰(zhàn)場計劃、組織決策、后勤保障等方面發(fā)揮巨大作用，甚至有可能改變未來戰(zhàn)爭的形態(tài)，掌握其核心技術(shù)能夠極大地增強國防綜合實力。

量子物理與軍事（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

（五）國家信息安全

量子計算機最受關(guān)注的重要應(yīng)用之一是破譯現(xiàn)代密碼體系。理論研究表明，目前使用的RSA公開密鑰體系在量子計算機面前將不堪一擊。構(gòu)建于基于經(jīng)典保密系統(tǒng)之上的安全體系將變得無秘可言。此外，量子計算對于信息安全的威脅還具有前溯性，如果現(xiàn)在的通信網(wǎng)絡(luò)流量遭到竊聽并被存儲下來，未來潛在的對手利用量子計算能力，就能對這些通常加密的信息進(jìn)行破解，從而在多年以后將威脅范圍追溯到當(dāng)前。量子計算機的研制已經(jīng)成為國際社會關(guān)注的焦點，其對國家安全體系的重大意義不言而喻。

量子計算機縱然有無比強大的顛覆性功能，然而通用量子計算機的研制過程是相當(dāng)復(fù)雜的。研制量子計算機的關(guān)鍵在于量子比特的制備。量子比特非常脆弱，外界任何微弱的環(huán)境變化都可能對其造成破壞性影響。因此，量子計算機的核心部件通常處于比太空更加寒冷的密封極低溫環(huán)境中，防止受到其他環(huán)境因素的干擾。量子比特的制備方式存在多種方案，經(jīng)過近二十年的發(fā)展，國際主流研究集中到了超導(dǎo)量子比特、半導(dǎo)體量子點、囚禁離子、鉆石空位和拓?fù)淞孔颖忍氐取?/p>

由于量子計算對于國家安全及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大影響，世界各國政府持續(xù)高強度資助量子計算機的研制。毫無疑問，美國在量子計算機研制上是國際最領(lǐng)先的，并且有著完整的布局。雖然量子計算研究的進(jìn)展低于十年前的預(yù)期，但還是讓人們看到了突破可集成化量子計算機技術(shù)瓶頸的希望。特別當(dāng)量子比特的保真度突破了容錯量子計算的閾值，使得一些基本量子算法得到演示。這些巨大的成就吸引了一些國際商業(yè)機構(gòu)和政府部門的極大關(guān)注。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

量子計算機研制已經(jīng)進(jìn)入一個十分關(guān)鍵的時刻，國際上超大計算機、信息企業(yè)都投入巨大人力、物力來研制量子計算機。主要包括：2012年微軟研究院（美國）成立了量子體系結(jié)構(gòu)與計算研究組，主要的目標(biāo)是實現(xiàn)量子計算機軟件體系結(jié)構(gòu)， 包括量子程序設(shè)計語言及編譯系統(tǒng)。2013年谷歌公司與美國國家航空航天局（NASA）聯(lián)合成立了量子人工智能實驗室，研究如何將量子計算機應(yīng)用于大數(shù)據(jù)分析與機器學(xué)習(xí)。2014年9月2日谷歌宣布美國UCSB大學(xué)的 Martinis教授研究組加入谷歌公司研發(fā)量子計算機處理器。2014年 IBM宣布耗資30億美元研發(fā)下一代芯片（五年計劃），主要是量子計算與神經(jīng)計算。2015年世界最大的芯片制造商Intel公司宣布投入巨資與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)合作研發(fā)基于硅量子點的量子計算機，并于近日開發(fā)出了將量子計算機需要的超純硅附著在傳統(tǒng)微電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)晶圓上的技術(shù)，以期搶占半導(dǎo)體量子計算機研制的制高點。2015年5月，全球最大的國防工業(yè)企業(yè)洛克希德。馬?。↙ockheed Martin）與馬里蘭大學(xué)合作研發(fā)集成量子計算平臺。2016年5月4日IBM公司發(fā)布了5個量子比特的量子計算云服務(wù)。2016年8月4日馬里蘭大學(xué)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）發(fā)布5個量子比特的可編程量子計算機。美、日、歐等發(fā)達(dá)國家在前期已經(jīng)投入大量研發(fā)資金之后，2016年4月歐盟又宣布于2018年啟動總額10億歐元的量子技術(shù)項目，促進(jìn)包括通用量子計算機等在內(nèi)的多項量子技術(shù)的發(fā)展。同月，澳大利亞政府宣布在澳大利亞量子計算與通信技術(shù)中心成立量子計算實驗室，進(jìn)一步集中對半導(dǎo)體硅基量子芯片等研究加大投入，以期搶占半導(dǎo)體量子計算的制高點。

我國政府也很重視量子信息技術(shù)的發(fā)展，在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中將“量子調(diào)控研究”列為四個重大科學(xué)研究計劃之一，給予量子信息技術(shù)穩(wěn)定的研究支持，做出了一系列創(chuàng)新性研究成果，在某些方面已經(jīng)處于國際領(lǐng)先地位，特別是基于量子物理的新型量子保密通信技術(shù)已逐步邁向?qū)嵱没a(chǎn)業(yè)化。

然而實用化量子計算機的研制是一個系統(tǒng)工程，既要以量子物理為基礎(chǔ)進(jìn)行量子計算模型的原理性創(chuàng)新，又要從材料體系，結(jié)構(gòu)工藝，系統(tǒng)構(gòu)架和軟件控制等工程技術(shù)創(chuàng)新和積累，我國在現(xiàn)代工藝技術(shù)上的基礎(chǔ)薄弱，在核心電子器件、高端通用芯片、基礎(chǔ)軟件、極大規(guī)模集成電路制造裝備等長期落后，也導(dǎo)致我國量子計算的研究大都局限于原理驗證性和演示性層面，缺乏系統(tǒng)深入的實驗平臺和以實用化量子計算機為目標(biāo)的研究隊伍。特別是在可擴(kuò)展的固態(tài)量子比特研究體系上，國內(nèi)只有中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、南京大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)和中國科學(xué)院物理研究所等少數(shù)單位開展相關(guān)研究。雖然經(jīng)過近幾年不懈努力，我們在半導(dǎo)體量子點和超導(dǎo)量子比特研究中取得了一系列重大突破，在某些方面達(dá)到了世界一流水平，但是與國際領(lǐng)先水平還有差距，特別是在人力和物力方面的投入與歐美國家相比還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

量子計算機的研制需要物理、材料、信息和計算機科學(xué)等多學(xué)科的緊密協(xié)調(diào)和結(jié)合，從而實現(xiàn)從大規(guī)模器件的制備向微電子工程方面邁進(jìn)。通用量子計算機的研制還有很長的路需要走，量子計算機的研制將伴隨著經(jīng)典計算的發(fā)展一起前進(jìn)，相信隨著量子比特的保真度達(dá)到容錯量子計算的閾值，量子計算機的研究已經(jīng)從實驗室階段向工程技術(shù)化階段邁進(jìn)，越來越多的研究單位和大型公司企業(yè)將進(jìn)入，從而加速可實用化通用量子計算機研制的進(jìn)程。從先進(jìn)的發(fā)展模式而言，各大公司與研究機構(gòu)合作研制量子計算機是集科研機構(gòu)、公司、政府部門等于一體的研發(fā)模式，這可能是未來推進(jìn)量子計算機研制的一種有效模式。

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