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和商業(yè)用途設計的集成通用近似量子計算系統(tǒng)。搭乘這一系統(tǒng)的量子計算機是IBM Q，是目前全球唯一的獨立商用量子計算機。

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，可以通過電機驅動把它打開，方便進行維護。

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

因為量子計算機的核心必須在極低的溫度下運行，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“CPU”并不是因為其發(fā)熱量大，而是因為只有溫度足夠低，內(nèi)部超導體組件能正常工作。

量子計算機用“量子比特（qubits）”來存儲數(shù)，傳統(tǒng)計算機使用的是經(jīng)典比特。傳統(tǒng)的二進制存儲數(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，通過量子力學實現(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)在最先進的超導量子計算機，也只能維持萬分之一秒。溫度低一點，這種狀態(tài)就能持久一點。

量子計算機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，榮登世界頂級學術期刊《自然》雜志，年度十大科學家之首！

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，荷蘭物理學家卡末林•昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)了一種能夠將電子損失降到0的傳輸材質，命名為“超導體”。因為這樣發(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)實世界中絕不可能，因此這一科研成果無法付諸實踐，能源公司依舊承擔巨額損失。

此后的107年，科學界無數(shù)科學家前赴后繼，一直希望研制出能夠在常溫條件下實現(xiàn)“超導體”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，有可能實現(xiàn)超導體性能。

但他的這一推測，卻引起了諸多物理學家的質疑，他們認為這不過是一個20歲的小孩，關于世界的美好幻想。真實的試驗結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驗室，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，在一次實驗中，曹原巧妙的將角度旋轉為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。為此他小心謹慎，通過7個月的反復實驗，最終在今年3月份，完成了全部實驗，打破了世界107年來超導體魔咒！

隨后，他將學術論文整理后，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行評述。

一經(jīng)刊登，曹原瞬間震撼了世界！全球科學家都迫切的希望自己能在實驗室中，復制曹原創(chuàng)造的奇跡。

一位哥倫比亞大學教授甚至激動的說：“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)化應用已經(jīng)落地。以手機為例，一旦安裝石墨烯電池，手機的充電時間將被縮短為16分鐘的閃沖。

以此為基礎，曹原的發(fā)現(xiàn)將極大的促進電子消費品工業(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

正因為在常溫條件下超導難以實現(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)仍然是實驗性的。在涉及到現(xiàn)實生活的計算時，你的筆記本電腦可能更強大。

Tech Crunch評論稱，對于大多數(shù)商業(yè)應用來說，一臺20-Bit的機器還遠遠不夠。更有甚者表示，IBM只是在自己的實驗設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就向公眾免費開放IBM Q量子計算機的云訪問權限，但當時只有5個量子比特的運算能力。

 

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，旨在通過與學術機構、大型企業(yè)等合作來推進量子計算研究。

最近加入的一些合作伙伴有：阿貢國家實驗室、CERN、埃克森美孚、費米實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室等等。

而且，量子計算機也不是一般公司與機構能造得起的。

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，售價為1500萬美元。

量子競賽如火如荼

量子計算，被普遍認為是計算領域的下一個大事件。

對于傳統(tǒng)計算機來說非常耗時的一些問題，量子計算機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5000萬次運算，才能完成這個任務。

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

在破解最復雜的密碼安全系統(tǒng)、設計新材料、模擬氣候變化、以及實現(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，英特爾宣布成功設計、制造和交付49量子比特（量子位）的超導測試芯片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個拓撲量子比特的量子計算機，并且將其整合到微軟云Azure當中。

10月，阿里巴巴達摩院在云棲大會宣布著手超導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云服務平臺。

國內(nèi)的實際進展方面，2017年5月， 中國科學技術大學潘建偉教授團隊研發(fā)出了世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機。

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

讀到這里，你應該會明白曹原的回歸對中國科技大學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，跟自己的導師和同學慶祝自己的成就。曹原表示希望學成歸來后，能夠在中國科學技術大學工作。

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家涌現(xiàn)出來，向世界證明了中國的科研實力。

如果你要問量子計算的種種“夢幻般”應用要何時才能落地，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，第一批殺手級應用是什么，還存在著類似疊加的不確定性。

不過，能夠為各大公司創(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，中科大第一臺實用型量子計算機將很快到來，中國在量子計算方面將再次領先世界。
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