中國科技2020｜「九章」挑戰Google「懸鈴木」：終極電腦之爭

2020年年終的中共中央經濟工作會議上，政府為2021年發展重點部署八大任務。這場中共高層官員的工作會議，不僅將「強化國家戰略科技力量」列為下一年經濟發展首要任務，且坦言要通過舉國體制優勢發展高科技，「盡快解決一批『卡脖子』問題」。顯然，在高科技領域的全球競爭中，中國要提高自己的話語權。
回看2020年，中國在探月工程、火星探測、衛星導航、載人深潛、量子研究、數據庫技術替代、核聚變技術國際參與以及中微子實驗和晶片製造等領域，均有亮眼表現或國家戰略部署。這些領域的科技研究，對應着怎樣的現實意義？中國的競爭優勢和現實挑戰格局如何？下一步的發展方向又在哪裏？

12月初，曾經在量子通信領域研發全球首顆量子通信衛星「墨子號」的潘建偉團隊公布了他們在量子技術的另一領域——量子計算，所取得的成果。他的團隊憑藉成功構建76個光子的量子計算原型機「九章」，讓中國成為繼美國之後全球第二個實現量子霸權（Quantum Supremacy，量子計算優越性）的國家。

量子計算機的概念始於1980年代，並在此後得到論證。以往的計算機以「0」或「1」表示信息，而量子力學的世界可以出現「既是0也是1」的特殊狀態。根據量子力學的這一物理法則，以「量子比特」（quantum bit）為計算單位，量子計算機能夠進行並行計算，批量處理龐大的信息。

據介紹，在解決特定的計算問題——這裏指求解5,000萬個高斯玻色取樣（玻色子是一類遵循特定量子力學規則的粒子）問題時，「九章」可以在200秒時間內完成全球運算速度最快的超級計算機日本「富岳」6億年才能完成的任務。

同時，它也比2019 年 9 月讓美國獲得首個「量子霸權」的Google發布53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快100億倍。當時，這台計算機僅用3分20秒便完成了在超級計算機上需要一萬年的計算。

當然，世界上遠不僅僅只有中國和美國在量子計算機上研發上你追我趕，而競爭也不僅僅是在計算方法和運算效率，還包括硬件材料的準備等等。但是，中國和美國在過去的十年間快速累積量子技術的專利項目，並牢牢佔據其中的亞軍、冠軍位置，優勢是顯而易見的。

但是，即便二者存在競爭，雙方的發展路徑是有相當大的不同點的。從發展歷程來看，美國目前依然掌握着全球量子研究，包括Google、微軟等IT巨頭和初創企業紛紛涉足其中。而中國早前的努力主要集中在量子通信和加密技術研究方面，並已超過美國。

《日經》中文網引述日本科學技術振興機構研究開發戰略中心介紹，中國申請的「量子密碼」及「量子通信」專利數量遠超美國和日本。由於可以運用量子來實現無法竊聽的通信和密碼，中國似乎立足於人造衛星通信和國防建設，對量子技術十分重視。華為技術等企業申請了很多這方面的專利。

同時，中國的量子計算研究則是近年的事情，不過已經由潘建偉等國家隊後來追上，其他中國IT企業尤其是私營企業如阿里巴巴、百度等都已經進行了佈局，躍躍欲試。

從量子計算的研發路徑和方向上，Google「懸鈴木」採取的是通過將物質冷卻至極低温度以去掉電阻的「超導」電路來計算的方式。這種方式也被IBM採用，屬於過去量子計算機開發的主流。但潘建偉的「九章」則不同，它通過讓光子在組合有鏡子等的電路中流動來進行計算。不需要冷凍設備及真空容器等，容易處理。實際上，國際社會普遍看好後者，並認為中國可能已經佔到了先機。當然，「先機」還遠遠不是不可突破的絕對優勢。

不過，量子計算的應用仍然基本停留在理論層面，無論是「懸鈴木」還是「九章」都還是就特定問題進行的計算，無法應用到現實場景中。

即使如此，比較公認的是，其一，量子計算將是突破現代物理環境下普通計算機的人類終極計算機，它對傳統計算機運算效率的優勢將是跨次元的。

其二，鑑於人類社會環境的數字化程度越來越高，快速處理海量的數據信息將是傳統計算機無法完成的任務，而量子計算則從計算方法上降低運算量，完成傳統計算機無法完成的任務。

其三，量子計算機研發有可能在未來十年到二十年內進入應用，主要在需要大數據的人工智能領域、智能公共管理以及模擬研發過程中得到應用。

正是因為如此，中國政府2016年「十三五」國家科技創新規劃將量子相關技術定位為重要領域。「十四五」規劃建議儘管只是提到「量子信息」，但是要知道中國政府在大數據和人工智能的發展要求，很顯然是包括量子計算作為技術基礎支撐的。

根據新華社10月份的一篇報道，「中國科學技術大學、清華大學等高校近年來都在量子計算領域取得一些階段性成果。百度、阿里巴巴、騰訊、華為等科技企業也相繼出台了量子計算研究計劃。9月，百度、本源量子等企業先後發布了自己的最新量子計算雲平台，使普通用戶也能通過雲技術使用量子計算」。

與此同時，美國政府在2021年度預算案中，列入了兩年投入近10億美元、每年的研究費翻倍的計劃。而日本則在物理和化學材料之外，希望憑藉自己人才優勢掌握更多的基礎優勢。一場優勢爭奪戰正在緊鑼密鼓進行。