華爾街日報》百度發表超導量子電腦：中國尋求在電腦領域實現量子跳躍

在力爭加入美國行列、成為量子運算領導者方面，中國正在取得新的重大進展。這種前景光明但難以掌握的技術有朝一日可能極大地推動科學研究，並使從金融和製藥到物流和綠色能源等一系列數據密集型產業發生翻天覆地的變化。

以搜尋引擎聞名的中國網路先驅百度（Baidu Inc, 9888.HK）在8月底發布了超導量子電腦「乾始」——意為「天為萬物之本」。這種實驗性設備利用量子物理學的原理，以遠超傳統電子電腦的速度進行計算。

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先前，International Business Machines Corp. （IBM, 簡稱IBM）、Alphabet Inc. （GOOG）旗下Google（Google）等一些美國公司近年來也取得了類似進展。人們普遍認為美國是全球量子運算研究的領導者。

百度表示，研究人員、工程師甚至學生可以通過網站和移動應用程式免費訪問「乾始」。這台電腦由金屬板和導線組合而成，看起來有點像一個超大的吊燈。包括IBM和Google在內的一些美國公司也提供可訪問其量子電腦的網站。

新加坡國立大學（National University of Singapore）量子技術中心（Centre for Quantum Technologies）的助理教授Yvonne Gao在談到「乾始」時表示，它將作為人們更多了解這一技術的基地，絕對有助於促進這方面的創新。

量子運算設備最終是否會從實驗室走向廣泛的商業應用，這在科學界仍是爭論不休的話題。但數學證明表明，完全實現的量子電腦將能在幾秒鐘內解決某些甚至連最快的超級電腦也要花費數千年或數百萬年才能算出的問題。

量子電腦的非凡速度源於所使用的基本資訊單位是量子比特，而非傳統電腦所用的「非0即1」的比特，即所謂的二進制數位。

眾所周知，比特只能以0或1的單一狀態存在。但是量子比特可同時以0和1的狀態存在，這種現象被稱為疊加，從而使得量子比特在處理某些計算方面具有極高的效率，例如用來模擬物理世界或優化業務流程所需的計算。量子比特通過亞原子和電子、光子和離子等原子粒子來編碼。

量子比特的特別之處還包括它們具有進入量子糾纏的能力，量子糾纏狀態下的兩個粒子在一定距離內會映射彼此的行為，就像它們之間存在聯繫。這種特性可以被用來進行協作運算。就在上周三，三位驗證了這一現象存在的物理學家獲得了諾貝爾物理學獎。

事實已證明，弄清如何控制這些特性是一項巨大挑戰。將量子比特編程為正確狀態需要一種允許與之互動的設置。但要讓量子比特在足夠長的時間裡保持這些狀態以開展計算，就需要方向相反的操作：把量子比特與其他可能使它們失去編碼資訊的粒子完全隔離。 （相關報導： 華爾街日報》這世道拿著200萬美元在美國退休，生活會是什麼模樣？ ｜ 更多文章 ）

耶魯大學（Yale University）物理學教授Steven Girvin說，這就是偉大的工程悖論。

如果研究人員取得成功，量子電腦有望讓電池製造商得以預測複雜的化學反應，進而設計出更高性能的設備。同樣，量子電腦可能幫助製藥企業模擬蛋白質折疊，從而加速新藥的開發。蛋白質折疊是這些生物大分子形成其形狀的複雜過程。

量子電腦或許還有能力打敗用於保障全球通信安全的標準加密形式——這是金融機構以及渴望保守情報和軍事機密的政府非常擔心的問題。

量子物理學家說，正是這種令人擔憂的可能性以及對被別人超越的恐懼，在全球範圍內激發了政府對這種技術的巨大興趣和投資。

美國、德國、法國和印度等多個國家均承諾在未來幾年內投入逾10億美元國家資金研究量子技術。中國政府沒有公布計劃投資的具體金額，但據中國媒體報導以及一些美國政策研究組織的數據，中國在同一時期的投資承諾介於10億美元至150多億美元之間。這些美國政策研究組織包括總部位於加利福尼亞州聖莫尼卡的智庫蘭德公司（Rand Corp.）和麥肯錫公司（McKinsey & Co., Inc.）。

與美國相比，中國是量子運算領域的後來者。中國先尋求主導一個被稱為量子通信的相關領域，該領域旨在開發一種幾乎不可能被破解的加密方法。有中國科技政策專家說，最初對該領域的關注可能是因為在回應美國政府承包商的前僱員史諾登（Edward Snowden）在2013年披露的資訊，即美國已深度入侵中國主幹網路。

自從在構建一個防駭客網路方面取得長足進展以來，中國政府明顯將注意力轉移到了量子運算上，中國科學家的研究項目和技術突破與日俱增。這些工作已融入到越來越多的商業努力中。百度量子運算研究所所長段潤堯表示，百度依靠中國高校的創新來建造其電腦。

根據蘭德公司2022年對科學論文的一項分析，美國在該領域仍處於領先地位。美國政府已在試圖減緩中國的進展。去年，美國商務部禁止向涉嫌支持中國打造量子軍事應用的八家中國公司和實驗室出口高科技設備。對先進製程矽基晶片製造設備的更廣泛出口管制也影響了量子電腦，量子電腦有時使用依賴相同製造技術的矽基晶片。

與此同時，美國學者表示，中國學生在美國進行量子研究也更難以獲得簽證。德克薩斯大學（University of Texas）奧斯汀分校量子資訊中心（Quantum Information Center）主任Scott Aaronson說：「中國學生或博士後到美國時不能說自己在研究量子運算，這已成為常識。」

美國國務院未回應有關簽證發放政策的問題，但表示，它認為國際學生和研究人員的流動是一個優先事項。美國國務院一位發言人稱：「我們歡迎來自世界各國的學生和學者，包括中華人民共和國。」

在北京舉行的「乾始」發布會上，深圳量子科學與工程研究院（Institute for Quantum Science and Engineering）院長俞大鵬感嘆說，中國量子科技的持續發展面臨著美國設置的障礙和內部的挑戰。俞大鵬稱，從事量子領域工作的人很多，但很少有人真正有自己獨特的創新想法或具有競爭力的技術。

蘭德公司和其他一些機構的專家表示，中國取得的進展令全球量子運算研究受益，並補充說，更多的限制將減緩科學進步的步伐。蘭德公司的上述分析顯示，所有發表的量子研究論文中有一半來自國際合作，美國科學家與中國科學家共同發表的量子論文比與任何其他國家合著的量子論文都多。

在量子電腦發揮全部潛力之前，仍有大量的研究工作要做。研究人員估計，建造一台強大到足以擊敗現有數據加密協議的量子電腦將需要數以百萬計的量子比特。他們表示，要達到這一里程碑可能需要十年或更長時間。目前的行業領軍企業IBM已經打造了一台有127量子比特的量子電腦。百度稱，「乾始」有10量子比特，該公司計劃明年發布36量子比特的電腦。

世界各地的科學家正在尋找建造更複雜量子電腦的方法，包括嘗試用不同的粒子作為量子比特，並使用不同的方法來控制它們。目前最流行的量子電腦設計依賴於一種將電腦晶片冷卻到超低溫的裝置，使電子進入量子態。IBM、Google、Rigetti正在開發的都是這種設計，現在再加上百度。 （相關報導： 華爾街日報》這世道拿著200萬美元在美國退休，生活會是什麼模樣？ ｜ 更多文章 ）

企業也在尋求臨時的商業應用，如改善金融資產管理或航運路線協調，這可能只需要數百或數千量子比特即可，量子物理學家更有信心在幾年內實現。