科技日报驻德国记者 李山
近日，围绕量子计算的研究进展，科技日报记者采访了德国波恩大学实验物理学家塞巴斯蒂安·霍弗伯思教授。霍弗伯思认为，目前量子计算的研究仍未脱离基础科学部分，基于中性原子和光子的量子计算机平台已具有与离子和超导平台同样的竞争力，下一步重要的是提高各平台的纠错能力，而现阶段量子计算仍离不开经典计算的支持。
相关研究尚未脱离基础研究
作为一名实验物理学家，霍弗伯思主攻利用里德堡原子研究量子光学。他所做的大部分研究都是在实验技术的驱动下探索新的方向和实验极限。他强调，实验是获得科学直觉的最好方式。量子光学是实验真正直接照亮许多基本方面的领域之一。爱因斯坦只能以抽象的方式思考光子，而现在单光子或少数光子理论已在实验室中发挥作用。
量子力学作为一种理论已有百年历史，然而霍弗伯思认为，关于量子计算的研究，人们目前还没有真正脱离基础科学部分。科学家们仍在追问关于纠缠以及多体量子系统等问题，这些问题从根本上来说仍悬而未决。
量子计算机的基础是量子比特，它们基于各种不同的硬件平台，目的是精确控制尽可能多的量子比特并将其用于计算。然而，不同量子计算机之间很难简单类比。霍弗伯思说：“现在人们总喜欢说某个技术平台的量子计算机已达到多少个量子比特。实际上不同平台有各自的特性和标准，量子比特数只是指标之一。这有点像车辆技术，只谈汽车的最高时速是远远不够的，还必须考虑车子是否安全，乘坐是否舒适等。再举个例子，IBM此前计划于2025年实现超过1000个量子比特，但现在已把目标调整为100个效果很好的量子比特。”
技术平台各有潜力
至于未来哪一种量子技术平台发展潜力最大，霍弗伯思认为，目前说哪个平台最好并没有意义。例如，2010年美国和欧洲都制定了量子计划，但仅提到了离子量子计算和超导量子计算。目前另外两个平台已变得同样具有竞争力，即中性原子和光子。
霍弗伯思说：“过去两年，美欧各自对这两个平台的投资都高达5亿欧元左右。现在就量子计算机的发展路线作出明确判断还为时过早。研究仍在广泛的方向上进行，这就是科学的伟大之处。这对于公司和投资者来说或许有点不幸，但从科学的角度来看这非常令人兴奋。”
除了可行量子比特的数量有限，量子计算机的核心挑战还包括其对可能扭曲计算的干扰的高敏感性。当前含噪声的中尺度量子计算能实现许多量子比特，但对错误的敏感性还不够低，无法可靠地进行计算。不过，科学家们正在这方面取得进展。
霍弗伯思说：“事实证明，在量子计算机中，纠错很重要，因为你必须确定如何使这些量子计算机具有容错能力，以便它们以真正可行的方式工作。去年科学家们在实现真正纠错量子信息方面迈出坚实的一步，这是一个非常大的突破。接下来真正重要的一步是在所有平台上进行纠错。”
还需经典计算支持
在德国，最好的量子计算机在大学的实验室里。各家初创企业在不同的方向上都有所差异，有离子阱量子计算机，有超导量子计算机，还有中性原子量子计算机，所有这些都处于开发的早期阶段。霍弗伯思说：“我们正在研究基于中性原子的量子计算，特别是里德堡原子。”
不管未来量子计算机能否像经典计算机那样发展到广泛用于公司和私人家庭的设备，霍弗伯思认为现阶段的量子计算机仍需要经典计算的支持。例如，慕尼黑莱布尼茨超级计算中心已成功将欧洲量子计算公司IQM基于超导电路的20量子处理器单元集成到一台超级计算机中。而于利希超级计算中心正在将包括D-Wave TM退火量子计算机在内的多个量子计算设施纳入其基础设施中。
霍弗伯思说：“于利希研究中心正在建立的超级计算资源和量子计算资源从一开始就建立在基础设施和访问系统中。我们不能忘记量子计算机也始终需要经典计算能力来进行数据分析。我们将建造量子计算机，并使用超级计算机来理解和操作量子计算机。这就是为什么从一开始就建立良好的网络非常重要。这是一件非常好的事情。”
