近几日,量子领域方面的研究可谓十分热闹。
当前,量子计算已成为全球科技竞争的战略高地,作为科技大国,中美双方更是成为这场竞争的焦点。
地处地球两端,虽同样发布了最新研究成果,但却收获了两极分化的反馈。
日前,中国科研团队成功实现全球首例基于集成光量子芯片的“连续变量”量子纠缠簇态,相关研究成果于20日在《自然》杂志发布。
2月18日,北京大学博士研究生、论文第一作者贾新宇展示集成光量子芯片(受访者供图)。新华社发
集成光量子芯片是一种能在微纳尺度上编码、处理、传输和存储光量子信息的先进平台。如何在光量子芯片上实现大规模量子纠缠一直是国际量子研究难题。
专家指出,这一突破性成果填补了采用连续变量编码方式的光量子芯片关键技术空白,也为光量子芯片的大规模扩展及其在量子计算、量子网络等领域的应用奠定了重要基础。
《自然》杂志审稿人评价称:“这项工作首次在光量子芯片上实现多比特的连续变量量子纠缠,是可扩展光量子信息处理的重要里程碑。”
近年来,中国的量子计算与量子通信正加快走向实用化,相关成果与应用不断涌现。
“这是我国科学家在集成光量子芯片技术领域取得的新突破。”中国科学院院士龚旗煌表示,这一原创成果为大规模量子纠缠态的制备与操控提供了全新的技术路径,对推动量子计算、量子网络和量子模拟等领域的实用化发展具有重要意义。
同样是在这几天,美国微软公司于19日发布量子计算芯片“Majorana 1”,其称“Majorana 1”芯片使用了基于一款新材料的“拓扑”导体,并放出豪言“这款芯片有助于打造可在‘数年内’解决‘实质性、工业规模问题’的量子计算机”。
微软发布的“Majorana 1”量子计算芯片
这是什么概念?
要知道,量子计算机可是被誉为科学的“圣杯”,在材料设计、药物发现、组合优化等专业领域具有远超经典计算机的潜力,全球很多科研团队在这一前沿领域进行探索。然而,到目前为止,还没有一款量子计算机进入商业应用阶段。
按照微软的说法,“Majorana 1”芯片所使用的这种“拓扑”导体可能起到变革性作用——“标志着向实用量子计算迈出了变革性的一步”。
此外,“量子计算”面临的最大挑战是“量子比特”速度虽然非常快,但控制难度很大,容易出错。
但据微软说,新推出的“Majorana 1”芯片的错误率更低。
“核弹级成果!”“标志着量子计算领域迈出了划时代的一步!”量子计算芯片“Majorana 1”一经发布,相关新闻便在网上热传,很多报道充满了溢美之辞。
微软首席执行官萨提亚·纳德拉在社交平台上写道:“我们相信,这一突破将使我们能创造出真正意义上的量子计算机,不是像有些人预测的需要几十年,而是几年。”看起来,微软对自己相当有自信。
然而,与微软的自信相比,外部对这一研究成果的发布并非直接持肯定态度。
当天,微软在英国《自然》杂志发表了一篇与之相关的论文,但《自然》网站刊文表示,这篇关于中间研究结果的论文尚未证明确定存在拓扑量子比特,一些研究人员期待微软公布更多技术细节。
“Majorana 1”芯片是否意味着这种未来计算机即将成熟?
微软的说法在科学界也引发了怀疑和争论,一些人认为,该研究团队过早地公布了研究成果,有些操之过急。有一位审稿人批评这篇论文“用词误导且含糊不清”,将理论预测、器件设计和实验结果“以一种相当草率的方式”混合在了一起。
图为微软公司
此外,还有多位科学家给出了倾向否定的观点。
德国亥姆霍兹研究中心的物理学家文森特·穆里克说:“从根本上讲,微软追求的基于拓扑马约拉纳(Majorana)量子比特构建量子计算机的方法是行不通的。”
与穆里克否定微软的技术路线不同,奥地利克洛斯特新堡科学与技术研究所的物理学家乔治斯·卡察罗斯表示:“在没有看到关于量子比特操作的更多数据情况下,我没什么可评论的。”
复旦大学物理学系教授李晓鹏也觉得,这项科研成果有夸大宣传之嫌。“我看到报道上说,微软未来将把100万个量子比特塞进一颗芯片,但我怀疑他们连1个量子门也没实现。”他在看了微软团队发表在《自然》杂志上的论文后说:“他们在文章中承认,还不确定通过干涉测量检测到的低能态是否具有拓扑性质。”
来自瑞士巴塞尔大学和奥地利科学技术研究所(ISTA)的物理学家告诉《自然》杂志的新闻团队,微软可能操之过急,只展示了中间结果,但没有提供拓扑量子比特存在的证据。
事实上,微软的研究人员也承认,虽然他们的测量显示出了奇异量子态的积极迹象,但尚未提供确凿证据,还需要进一步的实验。
微软方面的这番承认,其实正是在它们此前遭遇过挫折的背景下作出的。2018年,微软资助的一家荷兰实验室同样在《自然》上发表了一篇论文,后来因数据分析存在缺陷而被正式撤回,这对于微软的量子战略来说可谓一个重大打击。
对于微软报告中提及的“拓扑量子”和“马约拉纳零能模”等领域,近几年来中国亦有布局,中国科学家也取得了一定的科研进展。
据央视2022年报道,中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员高鸿钧团队对铁基超导体LiFeAs进行了更加细致而深入的研究。他们在实验上发现,应力可以诱导出大面积、高度有序和可调控的马约拉纳零能模格点阵列。这项研究为实现拓扑量子计算提供了重要的高质量研究平台。
图为央视报道截图
去年8月,上海交通大学物理与天文学院、李政道研究所李耀义副教授、贾金锋院士与香港科技大学刘军伟副教授组成联合攻关团队,在拓扑晶体绝缘体的超导磁通涡旋中发现多重马约拉纳零能模存在的关键证据。这项研究也以《单个磁通中多重马约拉纳零能模杂化的特征》为题在《自然》杂志上发表。
量子计算机研发进度是科技界近期热议话题之一。在关键设备的禁运和技术的重重封锁下,中国科研工作者们还是以惊人的速度追赶并缩小了与国际先进水平间的差距,并在一些重要领域实现了自主化突破。
“在量子技术领域,中国的存在感显著上升。”日经中文网去年11月21日报道称,从可实现超高速计算的“量子计算机”公开专利数量来看,中国已超越美国,位居第一。
报道称,中国在量子科技的实际应用领域也领先于其他国家。通过“墨子”号量子通信卫星的中介,中国建成了一条从北京经由合肥再到上海全长2000多公里的量子通信干线。
是否能为量子研究作出实质性的贡献,只靠夸夸其谈显然没有什么信服力,更重要的是,要有真的能拿得出手的“干货”。
资料来源:新华社、解放日报、财联社、观察者网等
(大众新闻编辑 韩雨婷 整合 策划 吕原)