Google在实验室首次证明了量子计算机相对于传统架构计算机的优越性。5G技术的应用、高性能计算机的研发、谷歌量子计算机实验室实现“量子霸权”等技术在2019年非常耀眼。同时，由于量子态叠加、纠缠、不可复制、相干存储时间短等特点。，一般量子计算机的架构会和经典计算机不一样，设计会更复杂，技术上的选择还不清楚。
当前量子计算技术前沿是什么水平？
今天小编请中国信通院专家来讲讲量子计算的发展现状，以及我国量子计算发展水平。随着人类社会对信息处理的需求越来越高，以半导体大规模集成电路为基础的经典计算在性能提升方面面临瓶颈，无法突破量子效应挑战。量子计算是量子力学与计算机科学相结合的一种新型计算方式，以微观粒子构成的量子比特为基本单元，具有量子叠加、纠缠和相干特性，通过量子态的受控演化实现信息编码和计算存储，具有经典计算技术无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力，且随着量子比特位数的增加，其计算存储能力还将呈指数级规模拓展。
（一）量子计算关键技术仍有待突破 量子计算理论从上世纪八十年代开始创立，经过初期的理论研究和实验探索，在物理实现、量子编码、量子算法和计算模型等方面取得了大量研究成果。目前，量子计算整体上仍处于基础理论研究和原型产品研发验证阶段，多项关键技术仍有待突破。 物理实现方案竞争激烈，超导体系相对领先。
找到相干时间长、易集成和可扩展的物理硬件体系是量子计算的实现基础与关键。目前，量子计算的物理实现有超导、离子阱、半导体、钻石空位、光、核磁共振、冷原子等不同技术路线，每种路线各有优缺点。就现阶段实验操控技术水平而言，超导和离子阱体系处于领先地位，尤其超导体系势头更盛，备受IBM、谷歌等科技巨头的青睐。
IBM物理学家在早期曾提出实现量子计算机物理体系必须满足的几条DiVincenzo判据，如可扩展的具有良好特性的量子比特系统、能制备量子比特到某个基态、具有足够长相干时间完成量子逻辑门操作、能够实现一套通用量子逻辑门、能够测量量子比特等。然而，目前尚没有任何一种体系能够在实验上同时满足所有判据，有专家预测，未来的量子计算机可能基于混合体系。
量子编码是大规模量子计算机的实现基础，代价仍然较大。量子编码以消耗更多量子比特资源为代价来克服退相干效应，由于量子态不可克隆、不可测量、错误自由度大等特性，量子编码的实现比经典编码更为复杂。1995年，Shor构造出第一个量子纠错码9位码，目前发展至7位和5位码，即用7个或5个物理比特编码1个逻辑比特。
不同纠错方式对应不同的容错阈值，通常来说阈值越低，所需要的量子比特资源越多。 量子算法数量有限，核心算法创新困难。上世纪九十年代中期，美国科学家提出可应用于公钥密码体系破解的量子Shor大数分解算法和可应用于数据库搜索的量子Grover算法，大大激发了量子计算的研究热情，这两类算法已成为构造其他量子算法的重要基础。
然而，由于量子计算特殊的运行方式，经典算法的设计思路无法直接移植，且目前可用的量子工具仍然较少，具有核心作用的量子算法相对匮乏，不能在处理所有问题上均取得优势，适用范围有限。 量子计算模型和体系结构均与经典计算存在差异。量子计算的数学模型基础是80年代定义的“量子图灵机”，目前，量子线路模型是主流方向，量子绝热和拓扑模型亦是研究热点。
同时，由于量子态叠加、纠缠、不可复制、相干保存时间短等特点，通用量子计算机的体系结构将不同于经典计算机，设计更为复杂，技术选择目前尚不明朗。 （二）科技巨头竞相布局，初创企业迅速发展 欧美等发达国家政府和科技产业巨头大力投入量子计算技术研究，取得一系列重要成果并建立了领先优势。以美国加州大学、马里兰大学、荷兰代尔夫特理工大学和英国牛津大学等为代表的研究机构基于超导、离子阱和半导体等不同技术路线，展开了量子计算机原理样机试制与实验验证。
通常用“纠缠量子比特位数量”来表征量子芯片的计算能力，量子纠缠的制备与操控会随着量子比特位数量的增加而呈指数级的难度增加。美国科技产业巨头开始大举进军量子计算研究领域，成为推动量子计算机研发加速并走向实际应用的重要力量。谷歌与加州大学合作布局超导量子计算，2016年报道了9位超导量子比特的高精度操控，并购买了初创企业D-Wave公司的量子退火机，探索人工智能领域。
