部分素材來源 | 量子位（ID：QbitAI），最人物（iiirenwu）

 

在“賭城”拉斯維加斯，在2019年的CES上，IBM把一件壓箱底的東西搬了出來。

IBM宣布推出IBM Q System One，號稱世界首個專為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計的集成通用近似量子計算系統(tǒng)。搭乘這一系統(tǒng)的量子計算機(jī)是IBM Q，是目前全球唯一的獨(dú)立商用量子計算機(jī)。

體積大如大象

IBM Q，高2.74米，寬2.74米，像一頭大象的身軀，有一個15厘米厚的硼硅酸鹽玻璃外殼，可以通過電機(jī)驅(qū)動把它打開，方便進(jìn)行維護(hù)。

別看量子計算機(jī)體積極大，內(nèi)部大部分空間是被冷卻裝置所占據(jù)。

因?yàn)榱孔佑嬎銠C(jī)的核心必須在極低的溫度下運(yùn)行，到底有多低呢？與絕對零度（也就是零下273攝氏度）相差還不到一度，比液氦的溫度還要冷，光是制冷就需要花幾天時間。

這和PC玩家用液氮冷卻CPU完全不同，冷卻量子計算機(jī)“CPU”并不是因?yàn)槠浒l(fā)熱量大，而是因?yàn)橹挥袦囟茸銐虻�，�?nèi)部超導(dǎo)體組件能正常工作。

量子計算機(jī)用“量子比特（qubits）”來存儲數(shù)，傳統(tǒng)計算機(jī)使用的是經(jīng)典比特。傳統(tǒng)的二進(jìn)制存儲數(shù)據(jù)只能是0或者1中的某一個狀態(tài)，而1個量子位可以同時存儲0和1，通過量子力學(xué)實(shí)現(xiàn)疊加。

但量子比特這種疊加特性不會持久存在，即使是現(xiàn)在最先進(jìn)的超導(dǎo)量子計算機(jī)，也只能維持萬分之一秒。溫度低一點(diǎn)，這種狀態(tài)就能持久一點(diǎn)。

量子計算機(jī)商用的瓶頸主要也是在這里。

讀到這里，不得不提提錦鯉少年曹原了，這位來自中國的22歲少年，憑借自己的科研發(fā)現(xiàn)，一舉解決了困擾世界107年的難題，榮登世界頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志，年度十大科學(xué)家之首！

困擾世界107年的難題是什么？

在世界能源史上，電力的傳輸過程，能源損耗巨大。目前使用的傳輸材質(zhì)中，大約7%的能源熱是在傳輸過程中損失掉的。這是世界上所有能源公司一直頭疼的問題。

1911年，荷蘭物理學(xué)家卡末林•昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)了一種能夠?qū)㈦娮訐p失降到0的傳輸材質(zhì)，命名為“超導(dǎo)體”。因?yàn)檫@樣發(fā)現(xiàn)，昂內(nèi)斯榮獲諾貝爾獎。

但令人遺憾的是，要想實(shí)現(xiàn)這種傳輸條件，環(huán)境必須在冷卻至絕對零度（也就是零下273攝氏度）。這在現(xiàn)實(shí)世界中絕不可能，因此這一科研成果無法付諸實(shí)踐，能源公司依舊承擔(dān)巨額損失。

此后的107年，科學(xué)界無數(shù)科學(xué)家前赴后繼，一直希望研制出能夠在常溫條件下實(shí)現(xiàn)“超導(dǎo)體”性能的材料，卻都以失敗告終，直到曹原的出現(xiàn)。

在攻讀博士期間，曹原發(fā)現(xiàn)，當(dāng)疊在一起的兩層石墨烯彼此之間發(fā)生輕微偏移的時候，按照他的理論推測，材料會發(fā)生劇變，有可能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體性能。

但他的這一推測，卻引起了諸多物理學(xué)家的質(zhì)疑，他們認(rèn)為這不過是一個20歲的小孩，關(guān)于世界的美好幻想。真實(shí)的試驗(yàn)結(jié)果絕不像曹原想象的那樣簡單。

雙層石墨烯

 

曹原沒有被外界質(zhì)疑的聲音擊退，相反他仍舊堅信自己的判斷。

為此他日夜蹲守在實(shí)驗(yàn)室，克服高溫、極寒等多種極端困難條件，一次又一次的為捍衛(wèi)自己的夢想，努力付出。

終于，在一次實(shí)驗(yàn)中，曹原巧妙的將角度旋轉(zhuǎn)為1.1度時，奇跡發(fā)生了，置身特殊電場的兩層石墨烯，成為超導(dǎo)體，電子在其間暢行無阻，曹原終于向世界證明了自己！

欣喜若狂的曹原深知，這將是一個改變世界的研究成果。為此他小心謹(jǐn)慎，通過7個月的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終在今年3月份，完成了全部實(shí)驗(yàn)，打破了世界107年來超導(dǎo)體魔咒！

隨后，他將學(xué)術(shù)論文整理后，投給了《自然》雜志。

《自然》雜志編輯收到論文后，激動的都沒來得及排版，就將其中一篇文章提前發(fā)到了雜志網(wǎng)站上，隨后通過另外一篇文章進(jìn)行評述。

一經(jīng)刊登，曹原瞬間震撼了世界！全球科學(xué)家都迫切的希望自己能在實(shí)驗(yàn)室中，復(fù)制曹原創(chuàng)造的奇跡。

一位哥倫比亞大學(xué)教授甚至激動的說：“曹原為我們打開了新世界的大門，我們能做的太多了。”

在曹原發(fā)表論文之后，短短9個月，石墨烯的初步商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)落地。以手機(jī)為例，一旦安裝石墨烯電池，手機(jī)的充電時間將被縮短為16分鐘的閃沖。

以此為基礎(chǔ)，曹原的發(fā)現(xiàn)將極大的促進(jìn)電子消費(fèi)品工業(yè)的發(fā)展，在能源傳輸方面，將為全球能源行業(yè)省下數(shù)千億的資金！

錦鯉少年曹原

正因?yàn)樵诔�溫條件下超導(dǎo)難以實(shí)現(xiàn)，所以，The Verge毫不留情地指出：像Q System One這樣的量子計算系統(tǒng)仍然是實(shí)驗(yàn)性的。在涉及到現(xiàn)實(shí)生活的計算時，你的筆記本電腦可能更強(qiáng)大。

Tech Crunch評論稱，對于大多數(shù)商業(yè)應(yīng)用來說，一臺20-Bit的機(jī)器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。更有甚者表示，IBM只是在自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)備外面加了一個華麗的外殼而已。

遺憾的是，IBM Q量子計算機(jī)并不能包郵送到你手中。想使用IBM商用的量子計算系統(tǒng)，只能通過云端訪問。

從2016年5月開始，IBM就向公眾免費(fèi)開放IBM Q量子計算機(jī)的云訪問權(quán)限，但當(dāng)時只有5個量子比特的運(yùn)算能力。

 

IBM表示，目前IBM Q擁有超過10萬名用戶，而且開源的量子計算開發(fā)套件Qiskit下載超過14萬次。

此外，IBM推出了Q Network，旨在通過與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、大型企業(yè)等合作來推進(jìn)量子計算研究。

最近加入的一些合作伙伴有：阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、CERN、埃克森美孚、費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室等等。

而且，量子計算機(jī)也不是一般公司與機(jī)構(gòu)能造得起的。

雖然IBM并未透露具體價格。但2016年，其競爭對手D-wave為谷歌提供了一臺9量子比特的量子計算機(jī)，售價為1500萬美元。

量子競賽如火如荼

量子計算，被普遍認(rèn)為是計算領(lǐng)域的下一個大事件。

對于傳統(tǒng)計算機(jī)來說非常耗時的一些問題，量子計算機(jī)能夠以少得多的步驟找到解決方案。

比如，使用一種名為Grover的量子搜索算法，只需1萬次運(yùn)算，就可以在一本有1億個名字的電話簿中找到你。但經(jīng)典的搜索算法平均需要5000萬次運(yùn)算，才能完成這個任務(wù)。

再比如化學(xué)及制藥領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)人士估計，量子技術(shù)能將使藥物發(fā)現(xiàn)率提高5%-10%，效率提高15%-20%。

在破解最復(fù)雜的密碼安全系統(tǒng)、設(shè)計新材料、模擬氣候變化、以及實(shí)現(xiàn)超級人工智能等方面，量子計算都扮演著重要的角色。

用武之地如此眾多，以至于任何一個有實(shí)力的政府，都不愿意落后。美國、中國、歐盟、英國、荷蘭、日本、加拿大、澳大利亞等都紛紛投入大量資源進(jìn)行研究。

相比之下，各大公司之間的競爭，更加激烈，也更加顯眼。

從2018年就可見一斑。

2018年的CES大會上，英特爾宣布成功設(shè)計、制造和交付49量子比特（量子位）的超導(dǎo)測試芯片Tangle Lake。

3月，谷歌公布72比特的量子芯片Bristlecone，并表示已經(jīng)開始了72位量子計算機(jī)的測試。百度宣布成立量子計算研究所，計劃在五年內(nèi)組建世界一流的量子計算研究所，逐步將量子計算融入到業(yè)務(wù)中。

5月，微軟在Build大會上宣布，要在五年內(nèi)造出第一臺擁有100個拓?fù)淞孔颖忍氐牧孔佑嬎銠C(jī)，并且將其整合到微軟云Azure當(dāng)中。

10月，阿里巴巴達(dá)摩院在云棲大會宣布著手超導(dǎo)量子芯片和量子計算系統(tǒng)的研發(fā)。華為在全聯(lián)接大會期間正式發(fā)布量子計算模擬器HiQ云服務(wù)平臺。

國內(nèi)的實(shí)際進(jìn)展方面，2017年5月， 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授團(tuán)隊研發(fā)出了世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)。

2018年12月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊宣布，成功研制出一套精簡、高效的量子計算機(jī)控制系統(tǒng)。

讀到這里，你應(yīng)該會明白曹原的回歸對中國科技大學(xué)乃至中國在國際科技競爭方面的巨大意義了吧。

在榮獲大獎之后，他第一時間返回自己的母校中國科技大學(xué)，跟自己的導(dǎo)師和同學(xué)慶祝自己的成就。曹原表示希望學(xué)成歸來后，能夠在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工作。

世界還是之前的世界，中國早已不是之前的那個中國。越來越多的中國科學(xué)家涌現(xiàn)出來，向世界證明了中國的科研實(shí)力。

如果你要問量子計算的種種“夢幻般”應(yīng)用要何時才能落地，就算是從事量子計算研究的人也很難說出個所以然來。量子計算時代何時真正開始，第一批殺手級應(yīng)用是什么，還存在著類似疊加的不確定性。

不過，能夠?yàn)楦鞔蠊�司�?chuàng)造利潤的量子時代已經(jīng)開始了，IBM Q System One就是一個急先鋒。

不過，有了曹原的加盟，中科大第一臺實(shí)用型量子計算機(jī)將很快到來，中國在量子計算方面將再次領(lǐng)先世界。
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