中国科技2020｜“九章”挑战Google“悬铃木”：终极电脑之争

2020年年终的中共中央经济工作会议上，政府为2021年发展重点部署八大任务。这场中共高层官员的工作会议，不仅将“强化国家战略科技力量”列为下一年经济发展首要任务，且坦言要通过举国体制优势发展高科技，“尽快解决一批‘卡脖子’问题”。显然，在高科技领域的全球竞争中，中国要提高自己的话语权。
回看2020年，中国在探月工程、火星探测、卫星导航、载人深潜、量子研究、数据库技术替代、核聚变技术国际参与以及中微子实验和芯片制造等领域，均有亮眼表现或国家战略部署。这些领域的科技研究，对应着怎样的现实意义？中国的竞争优势和现实挑战格局如何？下一步的发展方向又在哪里？

12月初，曾经在量子通信领域研发全球首颗量子通信卫星“墨子号”的潘建伟团队公布了他们在量子技术的另一领域——量子计算，所取得的成果。他的团队凭借成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，让中国成为继美国之后全球第二个实现量子霸权（Quantum Supremacy，量子计算优越性）的国家。

量子计算机的概念始于1980年代，并在此后得到论证。以往的计算机以“0”或“1”表示信息，而量子力学的世界可以出现“既是0也是1”的特殊状态。根据量子力学的这一物理法则，以“量子比特”（quantum bit）为计算单位，量子计算机能够进行并行计算，批量处理庞大的信息。

据介绍，在解决特定的计算问题——这里指求解5,000万个高斯玻色取样（玻色子是一类遵循特定量子力学规则的粒子）问题时，“九章”可以在200秒时间内完成全球运算速度最快的超级计算机日本“富岳”6亿年才能完成的任务。

同时，它也比2019 年 9 月让美国获得首个“量子霸权”的Google发布53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。当时，这台计算机仅用3分20秒便完成了在超级计算机上需要一万年的计算。

当然，世界上远不仅仅只有中国和美国在量子计算机上研发上你追我赶，而竞争也不仅仅是在计算方法和运算效率，还包括硬件材料的准备等等。但是，中国和美国在过去的十年间快速累积量子技术的专利项目，并牢牢占据其中的亚军、冠军位置，优势是显而易见的。

但是，即便二者存在竞争，双方的发展路径是有相当大的不同点的。从发展历程来看，美国目前依然掌握着全球量子研究，包括Google、微软等IT巨头和初创企业纷纷涉足其中。而中国早前的努力主要集中在量子通信和加密技术研究方面，并已超过美国。

《日经》中文网引述日本科学技术振兴机构研究开发战略中心介绍，中国申请的“量子密码”及“量子通信”专利数量远超美国和日本。由于可以运用量子来实现无法窃听的通信和密码，中国似乎立足于人造卫星通信和国防建设，对量子技术十分重视。华为技术等企业申请了很多这方面的专利。

同时，中国的量子计算研究则是近年的事情，不过已经由潘建伟等国家队后来追上，其他中国IT企业尤其是私营企业如阿里巴巴、百度等都已经进行了布局，跃跃欲试。

从量子计算的研发路径和方向上，Google“悬铃木”采取的是通过将物质冷却至极低温度以去掉电阻的“超导”电路来计算的方式。这种方式也被IBM采用，属于过去量子计算机开发的主流。但潘建伟的“九章”则不同，它通过让光子在组合有镜子等的电路中流动来进行计算。不需要冷冻设备及真空容器等，容易处理。实际上，国际社会普遍看好后者，并认为中国可能已经占到了先机。当然，“先机”还远远不是不可突破的绝对优势。

不过，量子计算的应用仍然基本停留在理论层面，无论是“悬铃木”还是“九章”都还是就特定问题进行的计算，无法应用到现实场景中。

即使如此，比较公认的是，其一，量子计算将是突破现代物理环境下普通计算机的人类终极计算机，它对传统计算机运算效率的优势将是跨次元的。

其二，鉴于人类社会环境的数字化程度越来越高，快速处理海量的数据信息将是传统计算机无法完成的任务，而量子计算则从计算方法上降低运算量，完成传统计算机无法完成的任务。

其三，量子计算机研发有可能在未来十年到二十年内进入应用，主要在需要大数据的人工智能领域、智能公共管理以及模拟研发过程中得到应用。

正是因为如此，中国政府2016年“十三五”国家科技创新规划将量子相关技术定位为重要领域。“十四五”规划建议尽管只是提到“量子信息”，但是要知道中国政府在大数据和人工智能的发展要求，很显然是包括量子计算作为技术基础支撑的。

根据新华社10月份的一篇报道，“中国科学技术大学、清华大学等高校近年来都在量子计算领域取得一些阶段性成果。百度、阿里巴巴、腾讯、华为等科技企业也相继出台了量子计算研究计划。9月，百度、本源量子等企业先后发布了自己的最新量子计算云平台，使普通用户也能通过云技术使用量子计算”。

与此同时，美国政府在2021年度预算案中，列入了两年投入近10亿美元、每年的研究费翻倍的计划。而日本则在物理和化学材料之外，希望凭借自己人才优势掌握更多的基础优势。一场优势争夺战正在紧锣密鼓进行。