大科技杂志社■“量子霸权”指的是什么？( 三 ) 美国宣布

幸运的是，有两位天才的实验物理学家各自独立地做到了这一点，而这两位科学家也因此获得了物理学领域的最高殊荣——2012年的诺贝尔物理学奖。这两位科学家就是法国物理学家塞尔日·阿罗什和美国物理学家大卫·维因兰德，他们分别在实验室中制造单个光子和单个离子，并测量了它们的量子态。阿罗什和维因兰德的工作都是至关重要的，他们为量子计算打下了奠基性的技术基础。

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然而，量子计算机可不会只拥有一个量子比特。目前最先进的谷歌的54位量子比特芯片Sycamore已经能够操控53个处于量子态的粒子（54位量子比特理应对应54个粒子，但Sycamore的一个粒子失效了）。而在此之后，量子计算机的比特数将会增大到几百甚至上千个，避免某些粒子失效的难度会加大。
同时需要提到的一点是，量子计算机的粒子可不是简单的叠加，相反，它们之间的状态会形成某种联系，我们称之为“量子纠缠” 。量子计算机之所以能运行得如此之快，除了“态叠加原理”使得单个粒子的状态在不断改变，使得众多指令达到“同时运行”的效果外， “量子纠缠”是另一个重要因素。 “量子纠缠”通俗地讲就是粒子之间发生了相互作用，它们的状态会相互影响，并且同时改变。一旦各个粒子之间实现“量子纠缠” ，量子体系便会实现“牵一发而动全身”的效果——一个粒子状态改变，其他粒子的状态也瞬间跟着改变。这使得量子体系的反应时间大大缩短。然而，量子纠缠的实现也是一件相当困难的事情。
中美之间你追我赶
2009年，美国耶鲁大学罗伯特·斯科尔科夫教授领导的团队开发出了人类第一款固态量子处理器，这款处理器的量子比特的位数少的可怜，只有2位。但这款处理器的研发是极其不容易的，因为进行量子计算需要时间，这要求粒子的量子态必须能存活得足够久。在此之前，科学家甚至无法使粒子量子态的存活时间超过十亿分之一秒，而耶鲁大学的团队将这个时间延长到了百万分之一秒，这足够耶鲁大学的团队做一些计算。这款量子处理器帮助人类实现了重大突破——人类首次使用2位量子芯片进行了简单的数学运算，并进行了第一次成功的量子信息处理演示。这标志着人类向建立第一台量子计算机的方向迈进了关键性一步。
很长的一段时间内， IBM公司在量子计算领域的技术领先全球，并一直在奋力追求“量子霸权” 。 2015年4月IBM完成了4个量子比特芯片的构造， 2016年5月IBM宣布成功制造5量子比特的量子处理器，并“大方地”将这款量子处理器提供给公众试用。但凭借着庞大的财力支撑，互联网巨头谷歌对于量子计算的研发迅速赶超IBM 。就在IBM公开其5量子比特的处理器后不久，谷歌宣布一款拥有9量子比特的处理器诞生。谷歌的9量子处理器一跃成为全球最先进的量子计算机处理器。 2017年5月1号，谷歌雄心勃勃地宣布最快在2017年底前推出50个量子比特的处理器。
令人惊喜的是，我国也没有在量子计算领域落后太多，甚至还曾一度达到领先水平！2017年5月3日，中国科学技术大学潘建伟的团队在上海宣布，全球首个10量子比特处理器在中国诞生，其运算速度比最优秀的同类量子计算机快24000倍！不过这第一把交椅我国没坐多久就被IBM夺走了——IBM很快推出了16和17位量子比特的量子处理器，同时也表示IBM研发团队正在向50位量子比特处理器进发！这个目标也很快就实现了。
IBM于2017年11月宣布成功制备50位量子比特的量子处理器，谷歌更是于2018年3月宣布成功制备72位量子比特的量子处理器Bristlecone 。 50位和72位已经超过了理论上的可以达到“量子霸权”的49位，但当时IBM和谷歌并没有宣布实现量子霸权。两家公司甚至没有公布相关的测试数据，这极有可能是因为技术不可靠导致处理器不稳定或者难以使用。目前，经过严格的同行评议并正式在国际学术期刊公开发表的最可靠的量子处理器是谷歌的9量子位超导芯片和我国的10量子位超导芯片。