中国量子计算机发展调查

中国量子计算机发展调查

目录

1.什么是量子计算机？我国量子计算机离国际领先水平有多远？..........................................I

2.本源悟源量子计算机外景............................................................................2

3.美国IBM公司的量子计算机.........................................................................3

4.经典计算机发展陷入颓势............................................................................5

4.1.技术发展本身即将达到峰值.......................................................................6

4.2.摩尔定律近乎失效，技术进步成本太高............................................................7

5.量子计算机的优势..................................................................................9

6.量子计算机的发展..................................................................................11

7.中国科学院院士潘建伟和量子计算机合影............................................................12

8.本源超导24比特量子芯片..........................................................................13

9.“九章二号”量子计算机..............................................................................14

10.本源工作人员调试悟源计算机......................................................................15

11.谷歌悬铃木量子计算机............................................................................16

12.结语..............................................................................................16

1.什么是量子计算机？我国量子计算机离国际领先水平有多远？

“遇事不决，量子力学.”这是一句十分流行的网络用语，侧面反映出在我们大多数人看来，量

子力学是一种玄而又玄的东西。

其实，与普通人对量子力学云里雾里恰恰相反，近年来，我们国家在量子科技领域已经接连取

得了许多令人瞩目的成就，这不，又一台国产量子计算机即将问世。

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2.本源悟源量子计算机外景

这台新的国产量子计算机被命名为“悟空”，由合肥本源量子计算科技有限责任公司（以下简称

为“本源量子”）建造生产，本源量子是中国第一家量子计算公司。

可别小看这台“悟空”计算机，它可是我国最强的量子计算机，那么“悟空”与之前国内的“九

章”“祖冲之”系列量子计算机到底有何不同？我国量子计算机在世界上到底处于什么位置？

越来越多的国家开始重视量子计算机

许多人并不了解量子计算机有多么重要，只是时不时听说国内外有关量子计算机的新闻，举个

通俗的例子，你可以把量子计算机视为是“信息时代的原子弹”。

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3.美国IBM公司的量子计算机

一直以来，许多国家都把量子计算机视为是具有重要战略价值的国之重器。以美国这个世界上

科技最发达的国家举例，“曼哈顿计划”作为美国的原子弹计划被世人所熟知，殊不知，美国现在已

经把他们国家的量子计算机研发计划，正式命名为了“微型曼哈顿计划”，由此可见美国有多么重视

量子计算机。

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作为现代互联网、经典计算机的诞生地的美国，都要如此重视量子计算机，其他国家怎能甘心

落后呢？越来越多国家开始重视量子计算机的背后，是因为与经典计算机相比，量子计算机具有无

与伦比的优势。

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所谓量子计算机，是一类以量子力学规律为指导，进行高速数学和逻辑运算、处理及存储量子

信息的计算机。与普通计算机相比，量子计算机能存储更多的比特，随着量子比特数的增加，量子

计算机的处理能力将呈指数级增长。

4.经典计算机发展陷入颓势

如今的时代是数据的时代，我们无时无刻不处于大数据的包围之中，而庞大的数据背后，则需

要惊人的算力维持。经典计算机的发展，主要依靠加强晶体管集成度，如今，这项技术即将陷入发

展瓶颈，它已经逐渐无法适应算力需求的上涨速度。

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4.1.技术发展本身即将达到峰值

以经典计算机（也就是我们日常生活中使用的计算机）为例，想要增强计算能力，唯一的方法

是通过加强晶体管集成度，但晶体管集成并非永无止境，而是存在一定的限度，一旦达到最高限

度，便不能继续进行下去，只能另辟蹊径。

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目前，世界上最先进的用晶体管尺寸已达3个纳米，预计未来10年内，其就将达到亚纳米尺

寸，届时以人类现有的技术水平，将很难继续走集成晶体管的道路。

4.2.摩尔定律近乎失效，技术进步成本太高

除了技术发展本身受限之外，经典计算机所依赖的集成晶体管，其技术进步成本实在太高。

以手机芯片举例，现阶段，虽然三星和台积电都先后宣布实现了3纳米制程量产，但并没有多

少下游厂商，愿意为这项奢侈的技术买单，因为成本实在太高。

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据了解，台积电在南科园区的3纳米工厂，总投资高达6000亿新台币（约合人民币1360

亿），作为对比，台积电2020年在美国投建的5纳米工厂投资额为120亿美元（约合人民币838

亿）。从5纳米到3纳米，成本直接上升了近一半多，这还只是建厂成本，并没有把前期研发和后

期加工等成本计算在内。

摩尔定律的提出者戈登•摩尔

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一宜以来，摩尔定律都在半导体行业发挥着重要的作用，所谓摩尔定律，就是指“每隔18个

月，在价格不变的基础上，同样单位面积内的晶体管数量翻倍。通俗来讲，就是人们几乎每隔

一段时间，就能以同样的价格，在单位面积内买到数量更多、单价更低的晶体管。

但随着集成晶体管技术的不断发展，摩尔定律已经开始放缓，甚至出现了失效的迹象。还是以

手机芯片举例，据行业媒体Semianalysis测算的数据得出结论：现在最新的3nm制程的芯片，不

但没有实现性能翻倍的目标，而且也没有让单个晶体管的成本下降，甚至还增加了约40%的成本。

5.量子计算机的优势

虽然集成晶体管技术的发展己经陷入颓势，但短期内仍然是计算机的主流方向，因为即使单一

晶体管的体积无法继续缩小，也可以通过改变晶体管排列方式，增加单位面积的晶体管数量，以实

现提高芯片性能的目标，况且理论上，目前单一晶体管的体积也尚未达到最小。

我们在认识量子计算机的优势之前，需要先理清一条思路：就现阶段而言，我们之所以要发展

量子计算机，并不是为了完全取代经典计算机，而是为了完成经典计算机无法完成的任务。

一般而言，量子计算机更擅长的是海量数据的并行运算，以及模拟各种分子级原理，这些任务

对于经典计算机而言，则处理起来十分困难。

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就以简单的算力比较，目前万亿次的经典计算机，想要处理300万量级的大数据，大约需要花

费15万年的时间，而使用量子计算机则只需要1秒而己；国产量子计算机“九章二号’求解高斯玻

色取样的速度，要比目前世界最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍）。

而在简单的加减乘除、运行游戏、播放视频电影等功能的处理方面，量子计算机并不比经典计

算机快多少，可以预见，在未来的一段时间内，这些简单的运算任务，仍然还是要交给经典计算机

处理，而量子计算机则是要专心于处理一些特定问题上，真正用在“刀刃”上。

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据本源量子首席科学家郭国平介绍，未来每个人都可以用到量子计算机，这主要是通云端使用

量子计算机，因此量子计算机并不一定要进入普通家庭，我们普通人平时使用的计算机，仍然还会

是以经典计算机为主。

6.量子计算机的发展

据了解，量子计算包括超导、光量子、离子阱、半导体、拓扑等多条技术路线，这些路线究竟

哪一条更好，则没有确定的答案，因为量子计算的发展仍然处于“摸着石头过河”的阶段，上述路线

各有优劣，但有一点可以肯定，量子计算机的发展将主要经历三个阶段：

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7.中国科学院院士潘建伟和量子计算机合影

1、研制50个到100个量子比特的专用量子计算机，实现“量子优越性”里程碑式的突破。所谓

“量子优越性”，是指单就某个具体问题而言，新生的量子计算原型机的计算能力，可以超过最强的

经典计算机，这就能够证明其“优越性”可以有更多的可能。之前，国产量子计算原型机“九章”已经

成功帮助我国实现了“量子优越性”，我国现在是继美国之后，全球第二个实现“量子优越性”的国

家。

2、研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用

价值的问题。

3、大幅提高量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力，研制可编程的通用量子计算机。

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8.本源超导24比特量子芯片

目前，世界上所有的量子计算机研究都还处于第一阶段，包括这次本源量子即将推出的“悟空”

计算机，虽然其“悟空”芯片理论上会高于64比特位数，但离第二阶段可操纵数百个量子比特的目

标，仍然有相当长一段距离。

我国量子计算机在世界上的地位如何？

先说结论：量子科技主要分为量子计算、量子通信、量子精密测量三大领域，我们现在全方位

都处于世界第一梯队。

虽然我国量子计算之前处于相对落后的地位，但随着“九章”“祖冲之”系列量子计算机的成功，

我们如今在量子计算机研究领域已经正式迈入了世界第一梯队。

但在第一梯队里也有强弱之分，由于我们国家的工业基础与美国等发达国家相比较为落后，因

此与IBM、谷歌这些量子计算赛道里面最强的团队相比，以本源量子为代表的国内团队，目前仍然

处丁•追赶国外流水平的地位。

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9.〃九章二号〃量子计算机

因为虽然量子计算机的研究属于“新”赛道，但是并不是'全新”的赛道，其不可避免地仍然要使

用一些经典计算机的硬件，而经典计算机从诞生之初，就一直被国外先进企业牢牢掌握优势，所以

我们在硬件方面是短板，这也是直以来制约国产量了计算机发展的主耍因素。

“倍空”量子计算机的新尝试

之所以把“悟空”称之为国内最强量子计算机，是因为它是我们国家第一个可以走出实验室的量

子计算机，本源量子这条生产“悟空”芯片的生产线，也是我国第一条量子芯片生产线.

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10.本源工作人员调试悟源计算机

与“九章”系列量子计算机采用光学技术路线不同，“悟空”采用的是超导技术路线，简单理解就

是用电学体系，这与世界上领先的IBM、谷歌、英特尔这些比较老牌的计算机公司采用的是同一技

术路