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赛迪研究院王闯吕尧
近年来,谷歌、IBM、微软等IT巨头不断加大对量子计算机的投入力度,并在商业层面发布了一系列成果,引发了社会各界的广泛关注.尽管各相关方对量子计算机的研发路线仍有分歧,对其何时能够实用并走向产业化也无定论,但无论如何,作为一种颠覆性技术,量子计算机技术的问世必将对国家安全、产业安全和网络安全产生重大影响.
赛迪智库网络空间研究所认为,量子计算机的成熟和大规模应用还需要相当长的时间,但我们必须着眼未来,做好以下工作：持续跟踪和支持量子计算机研究,推动形成商业化量子计算机研究机制,积极应对专用量子计算机冲击.
量子计算机研究进展显著
量子计算机是基于量子力学的叠加原理和量子纠缠等性质来进行数据计算的计算机,在学、科学模拟、大数据处理等领域,具有传统计算机无法比拟的优势.
欧美科学界和企业界不断加大投入,并有了重大进展.一是研究机构与企业投入力度不断加大.微软研究院2012 年成立了量子体系结构与计算研究组；谷歌公司与美国国家航空航天局（NASA）于2013年联合成立了量子人工智能实验室.此外,欧盟2016 年4 月宣布,将于2018 年启动总额10 亿欧元的量子技术项目；澳大利亚政府2016 年4 月宣布,将在澳大利亚量子计算与通信技术中心成立量子计算实验室,进一步加大对半导体硅基量子芯片等研究的集中投入.
二是取得了一系列重大突破.在量子芯片方面,加州大学圣塔芭芭拉分校实现了9 量子比特的超导量子芯片,新南威尔士大学实现了2 量子比特的硅基半导体量子芯片,牛津大学实现了5 量子比特的离子阱量子芯片.
在量子计算机方面,谷歌于2015 年推出了声称比其它计算机快1 亿倍的量子退火机D-We；IBM于2016 年5 月发布了5 超导量子比特的量子计算机,谷歌和西班牙巴斯克大学于2016 年6 月公布了具有9 超导量子比特的模拟量子计算机,马里兰大学与美国国家标准与技术研究院于2016 年8 月发布了5 个量子比特的可编程量子计算机.
目前我国在量子计算领域部分研究成果已达到国际一流水平,但总体上基础较为薄弱,与欧美等国家和地区仍有一定差距.
量子计算机距离可用仍有较大距离
虽然在研究方面取得了较大进展,但量子计算机在理论层面和物理实现方面均面临诸多难题,距离可用仍有很长的路要走.
在理论层面,量子计算机需要特定的量子算法才能发挥强大性能,但并不是所有的计算都可以用量子算法加速,类似Shor 算法（用于大数质因子分解）和Grover 算法（用于无序数据库搜索）等完全超越传统算法的仍较少.
在物理实现层面,科学家普遍认为,可用的量子计算机至少应具有几十个以上的量子比特、比特逻辑门的保真度达到99%,以及操作速度和退相干时间在合理范围,但目前国际最先进的水平都未达到这一要求.与此同时,量子比特非常脆弱,外界任何微弱的环境变化都可能对其造成破坏性影响,量子计算机的核心部件通常处于比太空更加寒冷的密封极低温环境中.
量子计算机的应用将产生巨大影响
一、量子计算机将影响国际政治格局.量子计算技术关系到一个国家未来的基础计算能力,拥有了这种能力才可能迅速建立起全方位的战略优势,引领量子信息时代的国际发展.
二、量子计算机将颠覆IT 产业格局.一方面,作为现代计算机的颠覆者,未来量子计算机会像传统计算机一样形成庞大的技术产业链,为信息和材料等科学技术的发展开辟广阔空间,带动包括材料、信息、技术、能源在内的一大批产业实现飞跃式发展.另一方面,量子计算机技术也为IT 产业各参与方提供了弯道超车的机会.
三、量子计算机将首先从专用领域取得突破.根据现有研发情况,量子计算机将首先在、人工智能等专用领域出现,并产生颠覆性影响.
一方面,科学界估计专用量子计算机将在未来十年内走向实用.另一方面,专用量子计算机将在部分领域产生颠覆性影响,非对称体系首当其冲,这将对网络安全产生重大影响.非对称基于大数的因子分解这一数学难题,但量子计算机可以实现任意大整数的快速分解,1024 位密钥的非对称加密只需几秒钟.
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参考文献：
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