中国科大陆朝阳：量子计算或正处于与AI相似的发展曲线上

“量子计算可能正处于与人工智能（AI）相似的发展曲线上。”中国科学技术大学上海研究院执行院长陆朝阳日前在以《激动人心的量子革命》为主题的首场“好望角”科学沙龙上表示。

量子计算是一种基于量子力学原理调控量子比特进行计算的新型计算模式。与传统计算机相比，量子计算机具有指数级的计算能力优势，对广泛使用的公钥算法构成重大威胁。

陆朝阳认为，目前量子计算已跨过原理演示的第一发展阶段，进入解决现有知识框架和算力所不能及问题的第二阶段，即实现“量子优越性”。

2019年，谷歌宣布研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”，在全球首次实现“量子优越性”。近年来，中国产出了“九章号”“祖冲之号”量子计算机等领先成果，成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

“自2019年谷歌的量子霸权实验以来，虽然国际上有数百甚至数千个团队在进行量子计算研究，但真正能够进入第二阶段，即在特定问题上超越经典计算机的，目前只有少数几个。除了九章三号，还有加拿大量子计算初创公司Xanadu与美国国家标准与技术研究院（NIST）合作的北极光实验。”陆朝阳表示。

“在实现第二阶段后，我们希望探索近期内的小规模量子计算。即使是小规模，也希望它们具有实用价值。”陆朝阳称，在他们看来，量子计算机可以被视为一种新型工具，它在科学发展中的作用与物理学家创造的其他工具相似，能够极大地推进了科学的进步。例如，冷冻电镜技术的发展极大地推动了结构生物学的研究，而X射线衍射技术则为揭示DNA双螺旋结构提供了关键手段。

量子计算机的发展既与基础科学相关，也与产业发展紧密相连。陆朝阳认为，量子计算首先要发展高精度、高效率的量子态制备与相干操纵技术，实现规模化量子比特的纠缠，在此基础上对特定问题超越经典计算机；其次，实现“量子计算优越性”里程碑目标和具有有应用价值的专用量子模拟机；最后，不断提升量子态精度和效率，探索通过量子纠错实现容错的大规模通用量子计算机这一远期目标。

“谷歌的量子芯片展示了即使在小规模量子系统中，如果没有量子纠错，系统性能也会因指数衰减而迅速下降，即使是53个量子比特的芯片，经过50个量子比特和20层逻辑门的操作后，输出保证度降至千分之二。”陆朝阳称，“这表明量子纠错是实现通用量子计算机的关键技术。”

目前，已有多种不同的量子纠错方案被提出，如表面码和Reed-Muller码等。陆朝阳团队也在探索不同的方向。

“在国家2030计划的支持下，我们发展室温下的量子计算技术，实现单光子间的强相互作用，以及将单光子源转变为单原子源，利用光镊技术操纵原子，实现逻辑门操作。我们还探索了使用逻辑比特来抵抗噪声影响，通过物理比特编码逻辑比特，实现逻辑比特间的相互作用。此外，我们还利用量子计算机进行量子模拟，探索难以用传统方法模拟的物理现象，如高温超导。我们使用人造原子来研究这些现象，以期获得更深入的理解。”