量子计算机MOSS何时能走进现实？天目新闻专访达摩院量子实验室科学家

电影《流浪地球2》已经斩获了三十多亿票房，虽然上映多时，但在网络上讨论热度依旧很高。在电影中各种充满“硬科幻”美感的人工智能设备，备受影迷关注。在这当中，最神秘的当属无处不在、洞悉未来的智能量子计算机“MOSS”。

MOSS的名字来自影片中550系列智能量子计算机“550W”。550系列计算机是由人类创造并开发的人工智能，“元指令”就是延续人类文明。从550A迭代到550W，MOSS总是能在紧要关头做出决策，比如推算地球危机、创造数字生命、驱动上千座行星发动机。

那么在现实世界中，量子计算机的算力达到了什么水平？与传统超级计算机的区别在哪里？天目新闻记者专访了阿里巴巴达摩院量子实验室量子科学家、系统团队负责人陈建鑫，请他为我们解答。

《流浪地球2》中的MOSS 图据电影预告片

“很多人对量子计算的理解是天然并行。比如说我们现在做并行计算（同时进行多条指令的算法），无论是用集群、向量，还是用GPU（图形处理器），这些本质都是堆叠资源增加并行度。”陈建鑫告诉天目新闻记者，“而量子计算机是通过量子力学中的相干性，堆叠量子比特以创造一个规模随量子比特数指数增加的高维空间。”

比特是计算机信息量的度量单位，在经典力学体系中，一个比特的状态是唯一的。而在量子力学中，量子比特具有量子态的属性，在同一时刻可能存在两个叠加的状态。所以，在量子比特们创建的高维空间中做并行计算时，每条计算路径会关联一个概率振幅，精妙的量子算法会消掉产生错误结果的路径，同时放大产生正确结果的计算路径。这是量子计算与传统并行计算的一个本质不同。

达摩院量子实验室稀释制冷机 图据达摩院

近年来量子计算领域突破不断，比如一条新闻说达到了一百比特，另一条新闻里又达到两个比特，我们该怎么理解这些突破呢?

对此，陈建鑫也给出了解答。理论上有一百多个完美的量子比特就可以解决一些有价值的问题了。但实际上量子比特并不完美，领域内在不断推进尝试做出更接近完美的量子比特。量子计算的进展不能仅仅用比特数来衡量，这可能会产生误导。

比如在某些平台上的量子芯片可以达到百比特规模，但目前在一种量子计算性能评测指标——量子体积下，目前的世界纪录还属于Quantinuum公司（集成量子计算公司）的一个20量子比特的处理器。由此可见，量子比特数与量子芯片实际性能之间存在巨大鸿沟。

陈建鑫说：“量子计算有很多不同的实现方案, 现在来判断哪一种路线方案最后会第一个实现真正有用的量子计算机，时间点还太早。在目前的操控精度下，尽管到了百规模的量子比特，但目前还没有任何一台量子计算机能够在解决实际问题上超过我们的手机。为了实现完美的量子比特，需要量子纠错方案。而在现在的量子纠错方案下，一台量子计算机的构建在最乐观的估计下，依然需要精确操控至少十万级别的微观粒子，这在人类历史上是从未有过的。”

陈建鑫指出，要想实现影片中550系列的算力水平，人们还要挑战更好的硬件实现与更高效的容错量子方案。目前，量子计算机较为保守的使用方式，还是作为解决某类特定问题的专用计算加速器存在。

达摩院量子实验室科学家正在调试量子硬件设备 图据达摩院

根据中国信通院发布的《量子信息技术发展与应用研究报告（2022年）》，在专利申请方面，美国在量子计算领域领先，专利申请占比高达56%，中国占比为26%。量子通信和量子测量领域，中国专利数量领先，分别占比54%和49%，美国其次，分别占比24%和32%。

量子信息三大领域专利申请占比

“目前国内外在量子计算大方向没有明显的代差。但量子计算是一个系统工程，从技术方向到技术难点都有很多需要攻坚的地方，我们依然需要加大国内在量子计算人才培养方面的投入。”陈建鑫说。