全球六大最顶尖量子计算机强国中，到底谁的实力名列前茅？

　　量子计算机(quantum computer)是一种使用量子逻辑进行通用计算的装置。不同於电子计算机，量子计算用来存储资料的对象是量子位元，它使用量子演算法来进行资料操作量子力学的诞生深刻地改变了人类社会:在20世纪推动了社会发展的核能、激光、半导体等高科技，都是源于量子力学。然后，自然界是否确实按照量子理论的规律运行?以爱因斯坦为代表的一方始终认定量子力学不是完备的理论，＂上帝是不会玩骰子的＂，而以哥本哈根学派领袖玻尔为代表的另一方则坚信量子理论的正确性。
　　在近百年的学术争论中，影响最大的就是薛定谔(1935年)提出的所谓＂薛定谔猫＂佯谬和爱因斯坦等人(1935年)提出的EPR佯谬。薛定谔设想在一个封闭盒子里面有个放射源，它在每一秒时间内以1/2几率放射出一个粒子。换句话说，按照量子力学的叠加性原理，一秒钟后体系处于无粒子态和一个粒子态的等几率幅叠加态。一旦粒子发射出来，它将通过一个巧妙的传动机将毒药瓶打开，毒气释放后会导致盒子里面的一只猫立刻死亡。当然，如果无粒子的发射，这一切均不会发生，猫仍然活着。接下来要问:一秒钟后盒子里的猫是死还是活?既然放射性粒子是处于零和1的叠加态，那么这只猫理应处于死猫和活猫的叠加态。这只似死似活、半死半活的猫就是著名的＂薛定谔猫＂。
　　美国波士顿咨询公司之前发布了一份数据显示，预计到2050年量子计算机会有望创造出8500亿美元的利润。而日本网站也在一篇报道中指出说，未来30年量子计算机的市场价值有1万亿美元。下面介绍全球量子计算机发达国家如下：
　　一、中国（全世界速度最快的量子计算机）
　　中国成了目前世界上唯一在两种物理体系达到＂量子计算优越性＂里程碑的国家。2021年10月26日，中国的量子计算机研究再次取得突破，比超级计算机快了亿亿亿倍（＂比超级计算机快亿亿亿倍！＂）！具体来讲，是中国科学技术大学潘建伟院士团队的两台量子计算机升级了，＂九章＂和＂祖冲之号＂都变成了二号。
　　值得一提的是，中国科学技术大学曾经宣称潘建伟带领的团队成功构建76个光子的量子计算原型机＂九章＂，面世即是全世界速度最快的量子计算机，堪称我国在量子计算领域中的＂大国新重器＂。而这台量子计算机快到什么程度呢？用它求解高斯玻色取样数学算法只需200秒。
　　许多人或许不知道数学算法高斯玻色取样什么样的计算难度，假如用目前世界最快的传统超级计算机——日本的＂富岳＂超算来解这一难题，耗时要用6亿年，算下来9章量子计算机的速度相当于日本浮月超算的94.6万亿倍，意味着它在某个单一数学问题上的计算能力相当于全世界超算计算总能力的至少百亿倍，关于它的相关论文已经发表在国际学术期刊《科学》杂志上。
　　值得一提的是，中国的＂九章＂量子计算机是潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作构建的拥有76个光子的量子计算原型机，研制这种计算机需要攻克高品质光子源、高精度锁相和规模化干涉三大技术难题，其挑战难度是相当大的。在全球量子计算机领域，如今也是中美两国的竞争，美国谷歌公司推出了53个量子比特的量子计算机＂悬铃木＂，在单一数学计算上的能力，相当于当时速度最快的传统超算顶峰的860多倍，已经实现了对传统超级计算机的超越。
　　如今我国量子科学家潘建伟团队研制的量子计算机计算能力相当于悬铃木的100亿倍，我国虽然是全球第二个完成对传统计算机实现＂量子优越性（量子计算机某方面计算能力超越传统超算）＂的国家，但是相对于美国谷歌的悬铃木量子计算机已大幅度领先，业界人士分析认为，今后世界量子计算机研制领域将进入中美两国竞争中发展的局面。
　　值得一提的是，中国在量子技术领域取得了巨大的技术突破，甚至远远不止量子计算机一款，而且量子通信、量子雷达、量子无人机，包括量子芯片，都成为中国在这一技术领域的最新成果，可以说西方国家至今还没有摸透相关技术，而中国却已经进入实用阶段。另外，中国的  百度公司之前发布了＂乾始＂的量子计算机，及全球第1个全平台量子计算软硬件一体化方案＂量羲＂，百度研发了集量子硬件、软件平台、量子应用的产业级超导量子计算机，并打造了全球首个全平台量子软硬件一体化解决方案。这一突破，也让百度也成为仅次于美国IBM，国内第1家实现量子产业应用的公司。
　　值得一提的是，在2020年，由中国著名量子科学家潘建伟带领的团队与牛津大学等国际科研机构的学者在相隔上千公里的两个地面基站之间，实现了基于量子纠缠的无中继量子保密通信。这些科学家还利用＂墨子号＂量子通信实验卫星作为量子纠缠源，首次实现了全球相距上千公里的两地分发量子密钥。
　　为了抢占量子科技的战略高地，中国＂十四五＂规划和2035年远景目标纲要，也特别强调要加快布局量子计算、通信等前沿技术。但是，量子科技想要实现产业化的应用并不容易，业内认为其难度不亚于登月。
　　清华大学计算机系教授、长江学者应明生曾经指出，中国在量子计算机研制的＂两条腿＂（硬件和软件）中缺少一条——量子软件，这将使得中国在量子计算的国际竞争中长期处于被动状态。
　　美国量子产业联盟创始人保罗·施蒂默斯在描述中国对量子计算机研发的投入时说：＂他们有一颗量子卫星，其他国家没有；他们有一个通讯网络，其他国家没有；他们有一个人力开发计划，可以培养出中国新的量子工程师。＂
　　韩媒曾经有一段话称，此前无论是超级计算机还是量子计算机尽管核心玩家都是美欧，但中国的崛起速度令人吃惊。中国正考虑在安徽合肥建设世界最大规模的量子研究所，投入资金可能达到100亿美元。以中国科学技术大学为中心，包括清华大学、浙江大学、深圳南方科技大学、上海交通大学等大学所属研究机构，还有阿里巴巴量子计算实验室、百度量子计算研究所等企业研究所，中国在量子研究领域正形成强大合力。中国科大潘建伟教授此前通过＂墨子＂号卫星，已成功实现量子通信的远距离传输。这是让美国也很震惊的科研成果，显示了中国在量子通信领域已经领先美国。
　　二、美国（全球首台可编程的通用量子计算机在美国诞生）
　　美国是量子计算机重要强国之一。早在2009年11月15日，世界首台可编程的通用量子计算机正式在美国诞生。2019年1月10日，IBM宣布推出世界上第一台商用的集成量子计算系统：IBM Q System One。值得一提的是，IBM能操纵的量子比特量级大幅领先于其他国家，已达50量子比特能力。理论上来说，如果超过49比特，其在性能上就能超过传统计算机。值得一提的是，美国IBM公司称要在2023年前造一台包含1000个量子比特的量子计算机提高容错率。从国家层面美国在2018年就敲定了量子计算机为核心的国家战略，实施了5年最多投13亿元的美国《国家量子倡议法案》
　　美国量子计算机之所以进展迅速，就在于其在量子计算机硬件、软件乃至应用方面都有明确的布局和集中攻坚的力量。值得一提的是，硬件是计算机的根本，但软件是计算科学的灵魂。量子计算机要做的话，软件也要跟上。
　　重要的是，美国政企在量子计算机领域的完善布局已经上升到国家行为的层面，这或是其他国家应该借鉴的。美国谷歌公司之前曾经声称他们已经研发出了第1台量子计算机。值得一提的是，世界上之前运算最快的传统计算机就是美国的summit计算机，它的运算速度能达到多快呢？据统计能够达到每秒20亿亿次，这种级别的浮点，计算程度，这世界上所有国家的计算机都不能比拟的。
　　值得一提的是，量子计算机的研究此前以理论和软件领域为中心，自从生成属于基本单位的＂量子位＂的微细加工技术取得进展的2010年前后开始，硬件方面的研究也正式启动。Astamuse通过调查2009 2018年这10年各国投入的研究经费发现，全球总额达到约80亿美元，按国别来看，美国为10亿6000万美元，全球投入金额最高。
　　全球量子计算机国家中，如果按申请者的所在国观察量子计算机相关专利的申请件数（对象期间为2001 2018年），美国达到1852件，数量最多，与排在第2位的中国（1354件）一起明显超过其他国家。日本（590件）居第3位，加拿大（451件）居第4位，韩国（151件）居第5位。从专利申请较多的机构来看，加拿大的初创企业D-Wave Systems以298件高居首位。其次是IBM（290件）和谷歌（190件）等美国企业。
　　本比尔·盖茨曾经认为，10年内量子计算机可望用于云计算；欧洲科学家起草的《量子宣言》则预计，通用型的量子计算机可能会在2035年之前建造出来。权威科研人员给出的答案是：快则10年、15年就会实现。届时，取代传统PC不再是梦想。
　　三、日本（全球量子计算机＂双量子位门＂中的最高速）
　　日本是全球超级计算机的重要强国。比如日本研发的超级计算机＂Fugaku＂在美国-欧洲500强项目的年度排行榜中，成功拿下世界最快运算速度的桂冠。值得一提的是，这已经是日本超算＂Fugaku＂第二次蝉联全球第一，早在2020年6月，＂Fugaku＂就曾赶超过美国橡树岭国家实验室开发的超级计算机Summit。据悉，Fugaku以富士山命名，能够实现每秒执行442千万亿次计算，比美国Summit快三倍左右。
　　日本电信电话公司（NTT）与东京大学曾经宣布，已开发出光量子计算机的核心技术，计划2030年制造出高性能实体机。日本正在开发的光量子计算机采用了独立性较高的算法，在性能上有飞跃性提升。此种新型量子计算机适用于通信领域，可在常温下运行，无需冷却装置，有望将运行成本降至远低于当前主流的超导量子计算机的水平。
　　日本分子科学研究所的团队曾经实现了量子计算机＂双量子位门＂中的全球最高速，比谷歌公司此前的世界纪录快1倍以上，为6.5纳秒（纳秒是10亿分之一秒）。日本分子科学研究所的团队曾经在科学杂志《自然·光子学》上发表研究成果称，大幅提升了作为性能远高于目前计算机的＂量子计算机＂核心的算术元素＂双量子位门＂速度。
　　据该研究所教授大森贤治介绍，此次实现了双量子位门中的全球最高速。若使用此次的方法，未来有望缩短至1纳秒，日本大森强调称＂这是超越迄今界限的划时代成果＂。
　　值得一提的是，日本NEC曾经于1999年取得在世界上首次生成利用超导元件的量子位的成果，为这个全球领域的研究进展作出贡献。
　　日本早在2020年制定了＂量子技术创新战略＂，为了避免落后于世界潮流，启动了提出中长期目标的日本国家项目。将围绕量子计算机、量子加密通信、量子传感和量子材料这4个领域在主要研究机构设置基地，展开重点投资。日本政府将2020年度的相关预算定为约340亿日元，增至2019年度的2倍，但与中美相比仍显得逊色。
　　日本曾经公布了量子技术的新国家战略原案。其中包括，在今年内完成日本＂国产量子计算机＂的首台建设，并在日本东北大学等日本国内4个地方建立量子技术研究支持基地。还提出了2030年量子技术使用者达到1000万人的数字目标。在日本新的战略《量子未来社会展望》(暂称)中，明确指出量子技术是＂将来国家间争夺霸权的核心关键技术＂。
　　四、英国（全球＂量子计算机之父＂诞生地）
　　英国对量子信息技术研究高度重视，尤其在量子信息技术研究领域居于全球领先地位。英国为国家量子技术计划，已投资2.7亿英镑建立四大研发中心，分别为量子通信研发中心、量子传感研发中心、量子成像研发中心、量子计算研发中心；并成立由17所大学、132家公司共同组成的量子技术研究中心。而后英国政府又提议成立政府、产业、学界量子技术共同体，集中力量促进量子信息技术创新高速发展。
　　英国已拥有较多强大的创新型量子信息相关企业，其中代表性有空客、英国电信、ColdQuanta、CQC、Riverlane、Rahko、PhaseCraft、GTN、Quantopticon等。具体来看，CQC主要研究量子软件、量子化学、量子网络安全；Riverlane主要为工业和政府客户提供咨询服务，解决机器学习及量子化学领域的高价值问题；Rahko是世界最先进的量子机器学习公司之一；GTN主要利用量子机器学习技术改变药物发现；Quantopticon主要研发模拟量子光子器件，用于超安全量子通信及量子计算领域。
　　英国还不断加大量子信息技术人才培养力度，优化量子技术人才梯队，例如EPSRC投资的博士培训中心、DSTL的博士学位计划等，以进一步建设多样化、网络化的人才队伍，培养具备较强适应能力和创造力量子工程师、物理学和工程学及光子学等领域科学专家。此外，英国也在努力建立全面的量子信息技术标准和监管体系，推动量子技术创新和商业化应用发展。
　　据英国政府的计划，预估到 2024 年，量子计算将为全球提供 40 亿英镑的经济机会。未来几十年，这一数字将上升到超过3410亿英镑。
　　五、德国（欧洲首台量子计算机在德国诞生）
　　德国的目标是成为世界上发展量子计算和实际应用最好的国家之一。值得一提的是，欧洲首台量子计算机在德国斯图加特揭幕。这款商用量子计算机在投入使用后也将造福工业界。默克尔曾经表示，这是一项＂科技奇迹＂。由此，德国作为信息技术热门地拥有了一张＂闪亮名片＂。用她的话来说，德国已跻身量子领域的世界领先者行列。
　　据路透社消息，德国联邦经济部和教育与研究部表示德国将在未来四年内投入约20亿欧元 (约合人民币156亿元) ，支持发展其首台量子计算机及相关技术。其中，到2025年，将花费11亿欧元支持量子计算的研究与发展，经济部将花费8.78亿欧元支持发展实际应用。
　　德国为了赶上量子计算机开发方面的欠缺，由联邦和州政府掏腰包花了4000万欧元，引进了埃宁根的IBM系统，并计划将其应用在＂新材料、新药物及人工智能等领域。不仅如此，德国的10家知名企业（如宝马、博世、英飞凌、默克、西门子、大众等）宣布成立新的量子技术与应用联盟 (QUTAC) ，将致力于推动量子计算机在化学和制药、保险和汽车等工业应用领域，为德国的＂量子产业化＂奠定基础。
　　六、加拿大（世界上第一台能通过云向公众提供的具有量子优势的计算机）
　　加拿大的Borealis曾经是世界上第一台能够通过云向公众提供的具有量子优势的计算机。加拿大环球邮报报道，发表在研究期刊《自然》(Nature) 上的一篇论文中，这家加拿大公司描述了其名为 Borealis 的量子计算机如何实现＂量子优势＂——这个术语意味着它提供的结果超出了传统计算机系统的实际范围。
　　具体来说，北欧化工在百万分之三十六秒内提供了一系列具有特定概率范围的数字，这一运算需要世界上最强大的超级计算机 9000 多年才能匹配。加拿大开发的光子量子计算机 Borealis 登上 Nature，甚至引起了全球科技圈的广泛关注。他们号称 Borealis 只用 36 微秒就可以解决传统超级计算机需要九千年才能解决的问题，计算速度超过目前享誉全球的超级计算机，更是挑战了中国的九章 2.0！无疑这家公司就是成立于 2016 年的 Xanadu。它们是全球少数目前正在全力研发光子量子计算机的公司，受到 IBM、微软、亚马逊、英伟达等等国际企业的关注。