量子计算还需十年冷板凳 “BATH”提前大搞军备竞赛？

“板凳要坐十年冷，文章不写一句空”，在基础科学领域的研究更是如此，对于量子计算领域来说，十年不只是个虚数，英特尔实验室主管Mike Mayberry就表示，在真正可行的量子计算出现之前，大型科技公司之间还将迎来“为期十年的竞赛，我们现在还处于‘玩具系统’时代。”

量子计算：70年前的晶体管

即便量子计算目前还不成熟，甚至可以说是相距甚远，但量子计算仍如海平面下的冰山，有太多太多的可能性尚待发掘，这也是顶级科技企业、科研机构乃至国家都如此重视的原因。

今年年初国务院印发了《关于全面加强基础科学研究的若干意见》，文件提到，与世界科技强国相比，我国基础科学研究短板依然突出，故此，文件中提出「优化国家科技计划基础研究支持体系」，其中包括与量子计算机、脑科学相关的「科技创新 2030—重大项目」，还表明支持北京、上海建设具有全球影响力的科技创新中心，阿里和中国科学院联合成立的“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”就落在上海。

2015年时任阿里巴巴集团首席技术官的王坚就表示：“如果要在如今的前瞻技术中选择，我一定选择量子计算。量子信息科技浪潮，将对云计算产生革命性影响，真正为人类提供没有限制的计算能力。从追随者成为引领者，这是每一个科技公司的伟大机遇。”

1947年12月23日，贝尔实验室成功演示了第一个基于锗半导体的具有放大功能的点接触式晶体管，开启了半导体产业序幕，也深刻影响到如今，毫不夸张的说，晶体管绝对是20世纪最重要的发明之一，量子计算的地位相当于70年前的晶体管，也是影响未来数十年的革命技术。

“挤牙膏”的经典计算

如果对英特尔不陌生的话，不难发现从2013年英特尔处理器的计算能力就少见大幅提升，因此被戏称为“挤牙膏”，英特尔当然也不是想“挤牙膏”，制程工艺等限制决定了英特尔不能保持每年大幅计算能力的提升，而且目前计算能力够用，英特尔也不想遭遇垄断诉讼，在计算能力的提升和商业变现的平衡中，英特尔选择了每年产品线只有7-8%的改进。

专栏作者铁流此前评述，随着制造工艺发展到7nm，如果要进一步缩短晶体硅的栅长，会发生隧穿效应，粒子迅速穿越势垒——在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，按照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；而对于微观粒子，量子力学却证明它仍有一定的概率贯穿势垒，这也是经典计算面临的现实问题。

清华大学交叉信息研究院院长、图灵奖获得者、中科院院士姚期智近日表示，量子人工智能可能是未来的终极学习机器。量子计算也为经典计算导致的计算瓶颈带来了曙光，量子计算相对今天的基于0和1比特的经典计算，是一种基于量子比特的革命性新型计算技术

如果用经典计算机来表示N个量子比特表示的数据，就需要2^N次方倍的内存开销，比如表示50量子比特的系统，需要2^50倍的经典内存开销。基于量子叠加和纠缠的量子门操作，能够为很多计算任务带来指数级的加速，分解一个300位的大数，今天的超算大约需要15万年，而如果用量子计算机只需要几秒。

量子计算这种指数级增加的超级算力，有可能成为未来AI和云计算的基石，我们耳熟能详的顶级公司都已经布局量子计算，激烈程度不亚于一场基础科学领域的“军备竞赛”。

阿里：达摩院主导，国内最早布局

阿里是国内企业最早布局量子计算，也是目前最接近国际水平的企业。2015年阿里就开始布局量子计算，与中科院成立联合实验室，开展量子信息科学领域的前瞻性研究。

近两年，两位大牛的加入也显示出阿里对量子计算的坚定投入。施尧耘，密歇根大学终身教授，师从计算机科学最高奖「图灵奖」得主姚期智院士，现任阿里云首席量子技术科学家；马里奥•塞格德（Mario Szegedy），匈牙利裔美国计算机科学家，两次理论计算机最高奖哥德尔奖得主，于今年年初加盟达摩院。

2017年10月，阿里巴巴前沿与基础科学研究机构达摩院成立，量子计算成为大名鼎鼎的达摩院核心研究方向之一。

今年5月，达摩院量子实验室推出世界最强量子模拟器“太章”。“太章”在世界上率先成功模拟了81（9×9）比特40层的作为基准的随机量子电路，之前达到这个层数的模拟器只能处理49比特。

今年云栖大会上，达摩院宣布着手超导量子芯片和量子计算系统的研发。这使阿里巴巴成为继IBM、微软、谷歌和英特尔之后，全球第五家启动量子硬件研发项目的大型科技企业。在国内率先进入软硬件兼备的全解决方案状态。

华为：迈出第一步，使能量子计算研究

刚刚落幕的华为全联接大会期间，华为正式发布量子计算模拟器HiQ云服务平台，共有二项重大成果发布。

业界领先的量子计算模拟云服务：包含分布式全幅度模拟器（云上最大可提供42量子比特模拟服务），分布式单幅度模拟器（云上最大可提供169量子比特模拟服务），首个量子纠错电路模拟器云服务（可模拟数万级量子比特电路，性能优于同类开源模拟器CHP的5-15倍）。量子计算模拟器是量子计算软硬件和算法研究的基础使能技术。

首发量子编程框架：兼容开源框架ProjectQ的同时，新增两个图形用户界面量子电路编排GUI（Graphical User Interface）与混合编排BlockUI（Block User Interface），使经典-量子混合编程更加简单和直观。可提前构建量子云用户和应用生态。

了解到，华为将基于本次发布的量子计算模拟和编程框架云平台，不断的加入新的成果和内容，使之成为一个长期的量子计算研究创新、教育普及、人才培养的使能基础平台，配合量子计算开源活动，普惠广大量子计算研究者、老师、学生和开发者

百度：成立研究所，确定五年一流目标

今年3月份，百度宣布成立量子计算研究所，开展量子计算软件和信息技术应用业务研究，悉尼科技大学量子软件和信息中心创办主任段润尧教授出任百度量子计算研究所所长，直接向百度总裁张亚勤汇报。百度计划在五年内组建世界一流的量子计算研究所，并逐步将量子计算融入到业务中。

此前报道，段润尧本科和博士均就读于清华大学计算机系，师从应明生教授，系悉尼科技大学终身教授，澳大利亚研究理事会（ARC）Future Fellow，自 2016 年 9 月 15 日起担任量子软件和信息中心创办主任。段润尧表示，他将全力推动「百度量子、量子百度」的研究规划，计划在五年内组建世界一流的量子计算研究所，并逐步将量子计算融入到百度业务中。

腾讯：招兵买马，量子实验室初步成立

2017年12月由腾讯SNG主办的TSAIC大会上，香港中文大学计算机系任副教授张胜誉正式以腾讯量子实验室负责人、杰出科学家的身份现身并发表演讲，这也是腾讯量子实验室的首度对外亮相，彼时腾讯量子实验室也是刚刚成立，还处在招兵买马的阶段。

了解到，腾讯量子实验室是一个独立实验室，和其他企业对于量子计算的筹备相近，腾讯量子实验室既需要承担研究工作，同时也需要寻找腾讯自身业务与量子计算的结合点。

总结

量子计算逐渐走出实验室，但是距离实用阶段仍有非常大的挑战，阿里、华为、百度和腾讯对于量子计算的研究也处于起步阶段，更多是在部分领域进行研究，阿里和华为由于重视基础研究，在量子计算的预研领先至少一个身位，阿里的布局比华为更早，在软硬件的准备也更全面。

言而总之，从硬件、软件到算法，到系统，量子计算还没蹚过技术关，工程和系统集成方面量子计算仍需要持续不断的资金和人力投入，来去搏得下一个计算时代的黎明。