郭光灿：“量子计算器”可能先出现

美国数学家Peter·Shor提出了一种可以求解大数质因子分解的算法——“Shor算法”，这种方法可以破解当前已被广泛使用的公开密钥加密方法（RSA加密）。但是这种算法要想分解一个位数较多的大数也是非常困难的。 

郭光灿举例说，比如要分解一个129位大数的质因数，有科学家曾用1600台计算机花了8个月的时间才分解成功——这也正是这一加密方法被广泛应用的原因。但是一旦量子计算机研制成功，几秒钟就能破解。 

也就是说，一旦量子计算机研制成功，现在广泛使用的公开密码体系将会瓦解。郭光灿说，最近美国已经宣布要把现有的公开密钥分期分批淘汰，这也是因为“量子计算机的实现已不再是遥遥无期了”。 

“经典计算机跟量子计算机相比，就好像算盘跟经典电子计算机相比一样。因此，一旦通用的量子计算机问世，人类社会将会经历天翻地覆的变化。”郭光灿表示。 

中国量子芯片“超导路线”远远落后 

美国自90年代初就布局了量子计算机的研究，如今逐步聚焦到半导体量子芯片和超导固态体系。郭光灿介绍说，目前这两个领域的进展各有千秋。 

超导体系方面，郭光灿说：“超导固态体系的好处是可扩展，缺点是量子相干性非常脆弱——如果量子计算机还没来及解决问题（量子相干性）就被破坏掉，那么运算就失败了。因此，（对于超导路线）量子容错是一个关键问题。” 

而半导体量子芯片，郭光灿说，国际上目前已制备出三个比特的半导体量子芯片；中科院量子信息重点实验室目前也已经做到三个量子比特，基本上达到国际的水平。 

但郭光灿表示：“半导体路线，虽然有进展，但是离终点还很远。”他还提到，在超导量子芯片方面，国际上比较领先，相干时间已经延长到100微秒，量子比特数做到了十几个，而国内在超导路线上远远落后。 

“量子计算机的主要困难，除了量子芯片的量子比特数要达到一定数量（可实用的量子计算机可能至少需要1000个物理量子比特）之外，还要求量子相干时间足够长，这需要采用量子纠错和容错技术，然而这两项技术都很难实现。”郭光灿说，虽然理论上能够解决，但做起来极其困难。 

“量子计算机的研制是一个复杂的工程问题。”郭光灿介绍说，其所涉及的硬件问题包括量子芯片、操控系统、测量系统等的研发以及用于制备量子芯片的材料等；软件包括量子编码、量子软件、量子系统的结构等。 

“量子计算器”可能先出现 

关于“量子计算机何时能够实现？”这一问题，美国总统科学技术办公室曾于2017年7月发文称：“预计几十个量子比特、可供早期量子计算机科学研究的系统可望在5年内实现。”欧盟委员会则在2017年5月于荷兰阿姆斯特丹举办的欧洲量子会议上发布《量子宣言》，计划“5年内发展量子计算机新算法，5~10年用大于100物理量子比特、有特定用途的量子计算机解决化学和材料科学难题”。 

加州理工学院理论物理学家John Preskill曾提出“quantum supremacy”（被译作“量子霸权”），用以表达一旦研制成功，“量子计算机将拥有传统超级计算机所不具有的能力”。 

对此，郭光灿表示，要实现quantum supremacy，量子芯片的量子比特数起码要达到100个左右：“也就是说做到经典计算机没有办法超越的水平可能要到100个逻辑比特左右。” 

不过，郭光灿认为，即使实现了“量子霸权”，其应用也是非常有限：“只能用于功能比较低级的应用，而且是专用机不是通用机。” 

专用机是指在相干时间内处理特定任务的机器。不过，专用机尽管低级，其五脏俱全。“就像电子计算机普及以前，电子计算器先普及一样，功能很差但是它是数据运算很全。将来有可能先是量子计算器产品上市，这是大概的状态。”郭光灿认为，未来率先上市的可能是“量子计算器”。