被美國栽贓，潘建偉實力回懟，今年中國將實現量子霸權，領先世界

前段時間，美國FBI旗下一家名爲Strider的安全情報公司，發佈了一則關於中國量子物理技術的報告。通過斷章取義和歪曲事實等卑鄙的手法，對中國科學院院士潘建偉等中國量子物理科學家赤裸裸的栽贓和污衊。

這家美國西方情報公司宣稱，中國在蓄意安排量子物理學者去西方頂尖院校學習，然後通過“不成文的協議”要求他們回國，以支持中國的科研，並稱西方的大學和研究所已經被滲透了，以此暗示中國在量子物理技術上的領先，是“偷”來的。

不僅如此，該報告稱潘建偉一邊在和西方的學術機構合作，一邊又在和中國有國軍工背景的國企合作，以此暗示潘建偉是在把西方的技術和學術項目用來發展中國的軍事工業。

除此之外，這篇報告居然還將中科大24名物理學者的名字，將他們的留學信息，以及與他們有合作的西方學者，都統統羅列了出來，拉了一個清單。

而近日，中國“量子之父”潘建偉教授用實力回懟，霸氣宣佈：在光量子計算方面，最近我國已經做到了相當於48個量子比特的結果，今年預計能夠實現50個光子相干操縱，也能夠達到所謂的“量子優越性”（谷歌稱之爲“量子霸權”）。

如果中國掌握了量子霸權，那麼我國的量子計算能力將比目前全球最強大的超級計算機“頂點”快1億倍左右。潘建偉教授表示，相關工作有望在今年6月份到9月份完成。

量子技術就是運用量子力學的技術，目前，量子技術共有兩大運用領域，分別是量子通信和量子計算。量子技術被認爲是第四次工業革命的引擎。而谷歌宣稱的“量子霸權”則是指的是量子計算。

量子計算是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。

量子比特可以製備兩個邏輯態0和1的相干疊加態，換句話講，它可以同時存儲0和1。考慮一個N個物理比特的存儲器，若它是經典存儲器，則它只能存儲2N個可能數據當中的某一個；若它是量子存儲器，則它可同時存儲2N個數據。而且隨着N的增加，其存儲信息的能力將呈指數級上升。

簡而言之，經典計算機需要100年才能破譯的密碼，量子計算機用1秒鐘就能搞定。

正因爲量子計算具有如此強大的能力，2013年到2015年的財政預算顯示，歐盟在該領域的投入達48億元，美國投入31.5億元用於量子計算機的研發，我國也投入19億元推進量子領域的發展。

量子計算的發展則要分爲三個階段。第一階段，就是谷歌實現的量子霸權，即針對一些特殊問題，造出一臺比目前計算機更快的量子計算機，大概需要50個量子比特；第二階段，他們希望能夠操縱幾百個量子比特，實現一種專用的量子模擬機，用於高溫超導機制、特殊材料設計等目前計算機無法處理的問題；第三階段就是爭取未來二三十年，造出可編程的通用量子計算機。

其中，量子計算研究的第一個階段性目標利用超導量子比特實現隨機線路取樣和利用光子實現玻色取樣是目前國際學術界公認的演示量子計算優越性的兩大途徑。

超導量子比特是以量子力學爲理論基礎，約瑟夫森結(Josephson junction)爲基本載體的量子兩能級系統。超導量子比特具有可與傳統的微電子加工技術兼容、可控性、低損耗以及可擴展性等方面的優勢，所以這是一種很有前景的實現量子計算機的方案之一。

在超導量子比特上，中國和谷歌還存在一定的差距，最近我們已經達到了24個超導量子比特，潘建偉教授計劃在2020年年底能夠做到60個左右的量子比特，從而達到谷歌去年的結果。

正因爲在超導量子比特上存在差距，所以中國選擇了利用光子實現玻色取樣的方式，玻色取樣是指，在n個全同玻色子經過一個干涉儀後，對n個玻色子的整個輸出態空間進行採樣的問題。採樣過程和分佈概率息息相關。

科學家經過研究發現，n光子“玻色取樣”的分佈概率正比於n維矩陣積和式（Permanent）的模方，從計算複雜度的角度來看，積和式的求解難度是“#P-hard”，當前經典最優算法需要O(n2n)步，隨着光子數的增加求解步數呈指數上漲。對於這樣一個經典計算#P-complete困難的問題，在中小規模下就可以打敗超級計算機。

早在2019年12月，潘建偉等人與德國、荷蘭的科學家合作，在國際上首次實現了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計算，在四大關鍵指標上均大幅刷新國際紀錄，逼近實現量子計算研究的重要目標“量子霸權”。

目前，我們已經能夠實現100個甚至幾百個原子的糾纏，在一些模擬的問題裡，大概能夠達到全世界計算能力總和的100萬倍。

2020年，潘建偉團隊計劃實現對50個光子的相關操縱，驗證量子霸權。其技術路線採用玻色取樣，相比谷歌更具優越性，預計計算速度將達到全球最強超級計算機“頂點（Summit）”的1億倍。

除了量子計算，量子通信中國是真正全方位超越全球，量子通信可以提供原理上無條件安全的通信方式。它的目標是要在更大的範圍裡實現安全的信息傳輸。它的發展路線是，先通過光纖實現城域量子通信，再通過中繼器建立城際量子通信網絡，最後通過衛星中轉實現網絡達不到的遠距離量子通信。

中國發射了全球首顆量子衛星——墨子號，中國“墨子號”量子衛星在世界上首次實現千公里量級的量子糾纏，這意味着量子通信向實用邁出一大步。《自然》重大科學事件評價稱：“國際同行們正在努力追趕中國，中國現在顯然是衛星量子通信的世界領導者。

目前，中國正在構想，在外太空搭建一個高精度的空間光鍾，這個光鐘的穩定度大概會達到10的負21次方，也就是大概10萬億年的誤差都不超過1秒鐘，再結合廣域量子通信技術，用兩個這樣的光鍾進行時間比對，就可以提供一種引力波探測的新途徑，從而來揭示更加豐富的天文現象。

而等到中國在月球建立基地之後，中國將在地球和月亮之間開展光秒量級距離的、有觀測者參與的量子力學非定域性的檢驗。

可以說，隨着中國量子技術的不斷髮展，美國將會不斷阻撓中國量子技術的發展，如今對中國科學家的污衊栽贓還只是第一步。