量子计算机，听起来十分“高大上”的一个名词，虽然并没有实际的走入人们的生活，可是如果成功的商用化，那将对世界造成“前所未有”的史诗级冲击。2018年一年的时间，是量子计算机技术极速发展的一年，如果按照现在发展速度，预计在2035年将会“实用性”量子计算机将会登场，不过要到这一步，还有许多问题需要解决。日本“号称”引领着亚洲科技的最前沿，我们就深入的聊一聊日本“量子计算机”发展的那些事！
量子计算机是否为“梦幻电脑”？
其实量子计算机的概念在很多人来看还是比较“玄乎”的存在，权威解释是“遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算存储及处理量子信息的物理装置。”传统计算机的最小情报单位是0和1，我们称之为“比特”。量子计算机以“量子比特”为处理情报的基本单位，打个比方，如果存在300量子比特的量子计算机的话，也就是可以实现2的300次方的重合运算，这个数字要比构成宇宙的原子数还要大，称其为“天文数字”一点儿也不为过。
量子计算机就是“在多种重合状态下进行并列运算的情报处理，之后利用干涉效果来获得答案”，因此量子计算机的比特数增加1的话，其并列度就增加2倍，量子比特数增加N的话，并列度就增加2N倍。我们熟知的传统计算机，有32位和64位的说法，用电脑上的语言来表示就是“32比特或者64比特”，比特数增加2倍，其并列度也就增加2倍。量子计算机和传统计算机的最大不同就在于：比特数和性能之间的关系。未来的量子化学模拟以及量子机械学习方面的作用将是不可估量，更具体来讲，在新药开发、新材料设计、人工智能等领域，使用商用化的量子计算机将有着压倒性的处理能力。
2018年“量子比特数”极速成长
最近量子计算机领域最热的话题就是“量子比特数”极速增加，这一年多的时间集成度惊愕变化。现在，以谷歌、英特尔、IBM、微软为代表的IT巨头和众多的初创企业正在攻克量子计算机的课题。实现量子计算机的技术虽然有着几种不同的分类，可是在2018年的现在，技术开发最为“兴盛”的是叫做“超导集成”的方式。“超导体”就是“在特定温度下电力阻抗为0的物质”。超导集成量子计算机就是在10mK这种超低温的情况下进行工作。世界上最初的超导集成量子计算机是1999年NEC的中村泰信和蔡兆申共同实现，再完成这项伟业以后，朝着集成化进行了更加深入的研究。
在17年后的2017年4月，集成化世界记录是谷歌的9量子比特；然而2017年5月IBM和英特尔宣布制造了17量子比特的超导集成量子计算机，随后IBM单独宣布实现了50比特，英特尔宣布实现了49比特；2018年3月，谷歌宣布成功制造了72比特的超导集成量子计算机；仅仅1年多的时间竟然取得了如此巨大的成绩！不过，实际能够工作的超导集成量子计算机只有IBM的20量子比特、RigettiComputing公司的19量子比特、中国科学技术大学的12量子比特、阿里巴巴的11量子比特、谷歌的9量子比特。2018年12月，谷歌、IBM、英特尔的49~72量子比特的“中规模量子计算机”正在评价之中。
如今量子计算机领域，谷歌、IBM、因特尔、RigettiComputing四家公司正在着力提高集成化，紧追其后的就是中国科学科技大学、阿里巴巴、微软。从现在业界的信息来看，很多公司将“超导集成量子计算机”作为后续商业化的“重心”，与此相对抗的还有Silicone、离子阱、马约拉纳粒子、光子等平台。今后会朝着哪个方向发展，实在是无法进行预测！
日本量子计算机发展道路上的“阻碍”
今后上文提到的“超导集成量子计算机”是否会继续扩大？从硬件理论上来看，着实比较困难。作者调查了相关资料和与相关人士聊天了解到，目前日本方面的研究主要问题有下面的几点：芯片尺寸问题。一个超导量子比特的尺寸约为0.1mm角，如果将1亿个量子比特进行集成化的话，芯片整体尺寸将会有一个体育馆那么大，将如此巨大的芯片在10mK的低温下进行冷却，是需要十分高超的“冷冻技术”。若非如此，只能想办法尽可能的减小芯片尺寸，这种情况下就需要十分高超的三次元实装技术和散热技术。特别是配线和伴随而来的热量问题十分严重，超导集成量子计算机从外部到冷冻机内部都需要大量的配线。
除此之外，大规模化时高度精确的信号传送技术、复杂电路构造的发热、Cross-talk的抵减、量子比特特性的改善、庞大消耗电力的改善、量子计算机芯片自动不良感知的开发等技术课题不得不去面对。
中国和世界各国的行动
从现状来看，虽然有很多需要攻克的课题，但是世界各国依然都在举国家之力向量子计算机开发投入巨额预算。2018年10月，EU的大型量子计算机项目《EUQuantumFlagship》启动，这个是10年预计花费10亿欧元的超大项目。另外英国从2014年就开始了量子技术项目《UKNationalQuantumTechnologyProgram》，总预算是5年间2.7亿英镑。中国也将量子计算机的研发作为“国家重点研究领域”，预计2020年投入70亿人民币建立量子研究中心。美国则同样有巨大的危机感，预计近期会通过量子计算机开发研究相关的法案，未来5年可能会投入超过12亿美元。
日本从2018年开始了《Q-LEAP》项目，总预算是10年220亿日元，其中的三分之一将投入到量子计算机研究领域，针对此研究课题日本政府采取了“产学研”提携的方式进行，日本的理研、东京大学、产总研以及MDR、东芝、NTT、NEC、Qunasys等多家企业参与。与中国相比，日本的“看家本领”是半导体相关的技术以及三次元组装技术，针对之前提到的研究课题，日本的发展方向或许更加宽阔。但是，关键问题出了研发之外，还有商用化，需要长期的视角和观点来对待这个新兴事物。未来能够往何种方向发展，我们还需要拭目以待！
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