全球頂級科學(xué)期刊《自然》雜志近日刊登了一項(xiàng)來自中國科學(xué)院物理研究所的重要研究成果，該研究在量子計(jì)算領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。科研團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新性的隨機(jī)多極驅(qū)動(dòng)（RMD）技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了對量子預(yù)熱化平臺持續(xù)時(shí)間的精準(zhǔn)調(diào)控，為量子計(jì)算的發(fā)展提供了新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑。

量子計(jì)算因其潛在的“量子優(yōu)越性”備受關(guān)注。2019年，谷歌利用53量子比特的超導(dǎo)處理器“懸鈴木”，在隨機(jī)量子電路采樣任務(wù)中僅用200秒就完成了當(dāng)時(shí)最強(qiáng)超算需要1萬年才能完成的計(jì)算量，這一成果引發(fā)了全球?qū)α孔佑?jì)算的高度關(guān)注。然而，要實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的通用化并超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)，仍需克服量子退相干、量子糾錯(cuò)等關(guān)鍵技術(shù)難題。量子預(yù)熱化平臺作為量子系統(tǒng)信息存儲(chǔ)的重要技術(shù)，其穩(wěn)定性和可控性直接關(guān)系到量子計(jì)算的實(shí)用性。

此次研究中，中科院物理研究所團(tuán)隊(duì)在78量子比特的“莊子2.0”芯片上首次觀測到可調(diào)控的預(yù)熱化平臺。這一成果不僅驗(yàn)證了近年來量子計(jì)算領(lǐng)域的一系列重要理論，還進(jìn)一步證實(shí)了“量子優(yōu)越性”的存在。研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)隨機(jī)多極驅(qū)動(dòng)協(xié)議，成功解決了量子多體系統(tǒng)在隨機(jī)驅(qū)動(dòng)下的預(yù)熱化問題，為量子計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

研究負(fù)責(zé)人范桁表示，此次實(shí)驗(yàn)的核心在于驗(yàn)證大規(guī)模量子比特系統(tǒng)中預(yù)熱化平臺的存在及其可控性。他指出，盡管78量子比特的芯片并非當(dāng)前最高比特?cái)?shù)的超導(dǎo)芯片，但已達(dá)到國際先進(jìn)水平。研究的關(guān)鍵在于解決科學(xué)問題，而非單純追求比特?cái)?shù)。通過量子計(jì)算平臺，團(tuán)隊(duì)成功回答了經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的復(fù)雜問題，展示了量子計(jì)算在特定領(lǐng)域的優(yōu)勢。

范桁還提到，量子計(jì)算的發(fā)展需要“沿途下蛋”，即在解決科學(xué)問題的過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。此次研究不僅推動(dòng)了量子計(jì)算的前沿發(fā)展，還為量子計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用提供了案例。他舉例說，2019年谷歌宣稱實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性，但2022年中國科學(xué)院理論物理研究所的團(tuán)隊(duì)通過經(jīng)典算法在15小時(shí)內(nèi)完成了相同任務(wù)，證明經(jīng)典計(jì)算的潛力尚未被充分挖掘。因此，量子計(jì)算的優(yōu)勢需要基于現(xiàn)有知識和算法進(jìn)行客觀評估。

在談到量子計(jì)算的未來時(shí)，范桁認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)的作用將首先體現(xiàn)在科研領(lǐng)域，如物理、化學(xué)和人工智能等。他比喻說，超級計(jì)算機(jī)剛建成時(shí)也曾閑置一段時(shí)間，但隨著需求的增加，其價(jià)值逐漸顯現(xiàn)。量子計(jì)算機(jī)同樣如此，未來五到十年內(nèi)，其科學(xué)價(jià)值將更加突出。然而，當(dāng)前量子計(jì)算仍面臨技術(shù)障礙，如大規(guī)模量子計(jì)算的精度問題和技術(shù)路徑的不確定性。超導(dǎo)量子計(jì)算、中性原子量子計(jì)算和離子阱量子計(jì)算等路徑各有優(yōu)勢，最終哪種技術(shù)會(huì)成為主流尚需觀察。

范桁進(jìn)一步指出，解決精度問題和擴(kuò)展性問題是實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵。隨著精度的提升，量子糾錯(cuò)技術(shù)將取得突破，最終推動(dòng)量子計(jì)算向百萬量子比特級別發(fā)展。他預(yù)計(jì)，這一目標(biāo)可能在十年左右實(shí)現(xiàn)。回顧個(gè)人經(jīng)歷，范桁表示，2000年剛進(jìn)入量子計(jì)算領(lǐng)域時(shí)，大多數(shù)人認(rèn)為其商業(yè)化需要五十年時(shí)間，但如今預(yù)期已大幅提前。盡管不同人對量子計(jì)算的發(fā)展時(shí)間表存在分歧，但他對其變革性潛力充滿信心。