【科普論壇】2024年，量子計算會帶來什麼新突破？（上）

撰文 | 無邪（量子計算從業者）

來源 | 《返樸》（微信ID：fanpu2019）

出品 | 中國科協科普部

監製 | 中國科學技術出版社有限公司  北京中科星河文化傳媒有限公司

作為一種廣為關注的未來顛覆性技術，量子計算在2023這一年裡取得了驚人的進步。就在剛過去的12月，IBM的量子峰會如期舉行，發佈了千比特規模量子處理器Condor、更高性能的133比特處理器Heron、全新的路線圖，以及量子操控與運行時環境Qiskit的大版本更新。

同樣在12月，由哈佛大學Lukin團隊、初創公司QuEra等團隊合作取得了一項驚人的成就：在一個280物理比特的中性原子體系中實現了碼距為7的表面編碼邏輯量子比特，以及碼距為2的48個邏輯比特。在此之前，最大碼距的表面編碼邏輯量子比特紀錄由超導量子計算體系——Google的“Sycamore”量子處理器保持，而這一進展同樣發生在2023年。

國內在量子計算領域同樣取得了很多可喜進展，包括中國科學技術大學團隊實現d=3表面編碼演示、51比特糾纏態製備、糾錯魔態製備；北京量子信息科學研究院發佈136比特Quafu量子計算雲平臺；南方科技大學團隊首次在二項式編碼的糾錯體系中超越“盈虧平衡點”，等等。

如果嘗試從這些進展中提煉幾個關鍵字，會包含“規模”“性能”“糾錯”以及“中性原子”。經歷了2023年的嘗試和努力，我們更加清楚該如何在“規模”和“性能”上保持良好的平衡，以及如何用“更為聰明”的方式，例如通過對噪聲模型進行學習並外推估計的錯誤緩解方法，來進行複雜的量子計算。

我們也開始將更多的注意力放到量子“糾錯”的工程實現上，並在這項巨大挑戰面前邁出了堅實的一小步，因為越來越多的人意識到沒有糾錯保護的話，將很難迎來真正的商業量子計算優勢；或者這一優勢的邊界很窄，無法如業界普遍預想的那麼廣闊和深遠。“中性原子”則用實力向世人證明了這是一種富有前景的量子計算實現方案，有人認為它已經躋身前三的位置，僅次於超導和離子阱方案。

回首2023年後，大家更加關心的還是2024年量子計算會取得哪些突破？商業量子計算優勢會在這一年到來嗎？如果會，它將最先改變哪些行業或領域？如果不會，人們對量子計算的預期會發生怎樣的變化？儘管對未來做展望如同預測薛定諤的貓之死活般縹緲，我們還是嘗試基於最近取得的進展來對未來做些評論。

（未完待續）

編   輯 ｜李沁

新媒體 ｜爾雨林

審   校 ｜肖黎