全球爭奪量子霸權(quán)的競賽愈發(fā)激烈,，中美兩國的研究團隊在本周出版的權(quán)威同行評議期刊《自然》上各自宣布了重大研究成果。當北京大學和山西大學的研究人員宣布在光量子芯片上實現(xiàn)了全球首個大規(guī)模量子糾纏簇態(tài)時,，微軟的一個研究團隊則聲稱已創(chuàng)建了拓撲量子比特，這通常被視為該技術(shù)發(fā)展的“圣杯”,。

作為當今這場“芯片戰(zhàn)”的兩大陣營，中美雙方在同一天宣布取得了科研突破和質(zhì)的飛躍,。值得注意的是,，兩大研究團隊在論文中所揭示實現(xiàn)穩(wěn)定且無錯誤的量子比特的方法和路徑完全不同。在兩方論文同時發(fā)表后,，得到的評價也有所不同,。中方研究團隊通過扎實的實驗驗證，填補了光量子芯片關(guān)鍵技術(shù)的空白,，《自然》雜志的審稿人高度評價稱,，這是“可擴展量子信息領(lǐng)域的一個重要里程碑”。而微軟的研究則引發(fā)了一些專家的懷疑和爭論,，認為其公布的研究內(nèi)容“操之過急”,，論文“用詞誤導(dǎo)且含糊不清”，各方面看上去都“相當草率”,。一些權(quán)威機構(gòu)還指出其中說法缺乏證據(jù)論證,，即便是微軟研究人員自己也承認需要進一步實驗才能找到相關(guān)確鑿證據(jù)。

2月20日,，北京大學物理學院現(xiàn)代光學研究所王劍威教授和龔旗煌教授課題組與山西大學蘇曉龍教授課題組合作,，在《自然》上發(fā)表突破性研究成果——中國科研團隊成功實現(xiàn)全球首例基于集成光量子芯片的“連續(xù)變量”量子糾纏簇態(tài)。相關(guān)專家表示,，該成果填補了采用連續(xù)變量編碼方式的光量子芯片關(guān)鍵技術(shù)空白,，也為光量子芯片的大規(guī)模擴展及其在量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定重要基礎(chǔ),。

集成光量子芯片是一種能在微納尺度上編碼,、處理、傳輸和存儲光量子信息的先進平臺,。如何在光量子芯片上實現(xiàn)大規(guī)模量子糾纏是國際量子研究難題,。量子糾纏簇態(tài)作為一種典型的多比特量子糾纏態(tài)，是量子信息科學的核心資源,，然而其確定性,、大規(guī)模制備面臨巨大實驗困難，尤其連續(xù)變量簇態(tài)的光量子芯片的制備和驗證技術(shù)在國際上仍屬空白,。經(jīng)多年攻關(guān),，中方研究團隊成功攻克關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性發(fā)展了連續(xù)變量光量子芯片調(diào)控,、多色相干泵浦與探測技術(shù),，實現(xiàn)了確定性、可重構(gòu)的糾纏簇態(tài)制備,，并對簇態(tài)糾纏結(jié)構(gòu)進行實驗驗證,。

研究表明,，中方利用光來生成和控制一個相互連接的量子態(tài)網(wǎng)絡(luò)，這表明在微小芯片上構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)的潛力——這是邁向基于量子技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵一步,，在這種互聯(lián)網(wǎng)中,，信息可以安全、高效地共享,。龔旗煌表示,，這一原創(chuàng)成果為大規(guī)模量子糾纏態(tài)的制備與操控提供了全新的技術(shù)路徑，對推動量子計算,、量子網(wǎng)絡(luò)和量子模擬等領(lǐng)域的實用化發(fā)展具有重要意義,。此前，包括美國,、歐洲和日本都曾嘗試過類似的實驗,，一位《自然》雜志審稿人如今則評價：“這項工作首次在光量子芯片上實現(xiàn)多比特的連續(xù)變量量子糾纏，是可擴展光量子信息處理的一個重要里程碑,。”

與此同時,，微軟研究團隊也在《自然》上發(fā)表了論文,，宣布其新研發(fā)一款名為“馬約拉納1號”的芯片是“量子計算領(lǐng)域的一項突破”。據(jù)介紹,，這種芯片采用所謂的“拓撲超導(dǎo)體”——一種既非固體,、也非液體或氣體的材料，制取可以按比例擴展為高性能量子計算機的構(gòu)造模塊,。微軟在其網(wǎng)站的一篇博客文章中寫道,，這項技術(shù)正朝著“利用數(shù)百萬個潛在量子比特協(xié)同工作，在單個芯片上解決從發(fā)現(xiàn)新藥物到革命性材料等一切無法解決之問題”的目標邁進,。不過,，微軟的說法在科學界引發(fā)了懷疑和爭論，一些人認為該研究團隊過早地公布了研究成果,，有些操之過急,。一位審稿人批評這篇論文“用詞誤導(dǎo)且含糊不清”，將理論預(yù)測,、器件設(shè)計和實驗結(jié)果“以一種相當草率的方式”混合在一起,。當然，也有不同意見的審稿人認為這是一個令人驚訝的成果,。

量子比特以其對熱量和噪聲的極度敏感性而聞名,，這使得它們不穩(wěn)定且容易出錯。為此,，世界各地的研究團隊正在采取各種方法來解決這個問題,，以使量子計算成為可能,。由于采用了編織設(shè)計，拓撲量子比特預(yù)計會比傳統(tǒng)量子比特更穩(wěn)定,、更準確,，從而使量子計算機能夠處理遠超當前機器能力的高度復(fù)雜性問題。來自瑞士巴塞爾大學和奧地利科學技術(shù)研究所的物理學家告訴《自然》雜志的新聞團隊,，微軟可能操之過急,，只展示了中間結(jié)果，但沒有提供拓撲量子比特存在的證據(jù),。事實上,，微軟的研究人員也承認，雖然他們的測量顯示出了奇異量子態(tài)的積極跡象,，但尚未提供確鑿證據(jù),，還需要進一步的實驗。

在更廣泛的全球競爭中,，谷歌也取得了突破進展,。去年12月，谷歌宣布在量子計算領(lǐng)域取得進展,，發(fā)布了一款名為“威洛”的芯片,。谷歌稱，該芯片能夠在5分鐘內(nèi)完成傳統(tǒng)超級計算機即便耗盡全部時間也無法完成的計算,。而在更早之前的去年8月,，谷歌發(fā)表論文宣布在量子計算領(lǐng)域取得重大突破，僅一個星期后,，美國政府就強化了對中國量子計算的出口管制,，與量子計算相關(guān)的一切都不許向中國出口。

量子計算已成為全球科技競爭的戰(zhàn)略高地,，在關(guān)鍵設(shè)備的禁運和技術(shù)封鎖下,，中國科研工作者們還是以驚人的速度追趕并縮小了與國際先進水平間的差距，并在一些重要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了自主化突破,。但不可否認的是,，差距依然存在，我們須保持清醒的認識和緊迫感,。量子計算不僅將重塑全球信息技術(shù)的基礎(chǔ)架構(gòu),，也將對世界經(jīng)濟、國家安全戰(zhàn)略乃至人類社會的未來產(chǎn)生深遠的影響,。世界正在為迎接一個超大算力的量子時代做準備,，當技術(shù)壁壘的高墻難以撼動，我們能做的就是扎下根來。