中国量子计算突破：从九章到九章二号，进步在哪，离实用有多远？

10月26日，中国科技大学潘建伟团队，与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建 113 个光子、 144 模式的量子计算原型机“九章二号”。去年12月，中国实行的是76个光子、100个模式的“九章一号”。

九章二号结构

一年不到的时间，九章从一号发展到二号，进步在哪里呢？佰思科学认为，进步主要有两点：第一、光子数的增加；第二、开始支持可编程能力。至于说高斯玻色采样的效率问题，九章出现之时就有过争议：物理实验和通用计算怎么比？换句话说，以特定算法来说明效率的提升没有太大的意义，毕竟特定算法的现实意义太窄。

九章二号结构

先说说光子数的增加。九章出现的时候，大家还在说量子霸权的事情。量子霸权也叫做量子优越性，意思是量子计算机在某些特定算法上的性能，经典的通用电子计算机无论如何也赶不上了。一般认为，量子计算机实现量子优越性，至少需要50个以上的量子比特。

谷歌悬铃木量子计算机

2019年，谷歌研制出53个量子比特的“悬铃木”，但它是否实现了量子优越性是有争议的。等到有76个光子的九章出世之后，量子优越性这一点已经变得无可争议。现在113个光子的九章二号又来了，量子优越性大家基本上不提了。因此，量子计算机发展已经迈入了一个新阶段，即从证明比传统计算机优越，到了。。。啥阶段呢？

编程

就是要实现量子计算机的可编程。换句话说，量子计算机要从专注于特定算法的解算，逐渐向通用算法过渡。去年九章面世时，就没有提及对编程的支持；这一次的九章二号，演示了对通用算法的支持能力。此外，潘建伟团队等中国科学家，最近又发布了走超导路线的“祖冲之二号”量子计算机，实现了66个量子比特，不仅实现了量子优越性，也同样具有可编程能力。

祖冲之二号量子计算机

这两年完全可以称作量子计算机的恩尼亚克时代。很多人都知道恩尼亚克是第一个电子计算机。其实严格来说，恩尼亚克是第一台通用电子计算机，也就是具备可编程能力。这之前已经出现了电子计算机，但都是针对特定问题求解的，并不具备真正意义上的可编程能力。

恩尼亚克

当然，九章二号也好，祖冲之二号也好，目前的可编程能力都很初级，不具备真正的应用价值。那么什么时候，量子计算机才能从实验室走向实用呢？一般认为，如量子比特数接近或达到了1000个的时候，量子计算机就会被用于特定问题的解算。此时，量子计算机就走入实用了。那么，量子计算机的量子比特数何时能接近或者达到1000呢？

IBM的量子计算机

这就要看量子比特数的增长速度了。拿九章二号来说，还差两个月整整一年，光子数从76个增加到了113个，进步可谓不小。这样的发展速度，不禁让我们想到了芯片行业著名的“摩尔定律”。

摩尔定律迄今依然有效

现在我们熟知的“摩尔定律”是说电脑性能每18个月提升一倍，或者说晶体管密度每18个月提升一倍。不过戈登·摩尔在最初提出摩尔定律的时候，他认为电脑性能会每隔12个月提升一倍，后来改成每18个月提升一倍。毕竟半导体工业早期的发展速度比较快，戈登·摩尔才会做出12个月翻番的预期.

戈登·摩尔

同理，假如量子计算机也有类似的摩尔定律存在，并且在发展初期也按照12个月翻一番的速度增长量子比特。则我们稍微估计一下就知道了：大概3年后，量子比特数就有可能超过500，从而最早的量子计算机能投入使用。时间可能是2024或者2025左右，看起来似乎为期不远了。

九章二号

实际上，这次的九章二号就已经被称作原型机了。这说明它成为正式产品的时间已经是可预期的了。未来九章二号在进一步提升量子比特数的同时，必然会进一步完善可编程能力，逐步向实用化方向发展。

祖冲之号

当然，即便“九章X号”投入使用之时，肯定是装备于超算中心，且用于特殊问题的解算，一般人难见庐山真面目。量子计算机要能像现在的经典计算机一样，具备强大的通用可编程能力，估计需要有上万个量子比特。从一千到一万量子比特，按照最乐观的“12个月翻番”的估计，也要再等上五年。

量子台式机

通用量子计算机面世之初，其高昂的价格肯定不是普通人可以接受的。这时候的量子计算机，就像当年的大型机一样，必然先在计算中心提供服务。要再等到N多年后，价格降到合适的范围，才会有给普通人用的量子个人电脑。算来算去，这个过程没个二十年以上，普通人是见不到量子计算机的。

苹果I电脑

但反过来想想，从1946年出现恩尼亚克，到1976年苹果I个人电脑问世，中间也相隔了整整三十年啊。因此，就算三十年后大家才能用上量子个人电脑，这完全是正常的发展速度。或者换个角度想，三十年后大家说不定能用上量子电脑，是不是很开心？