【文/觀察者網(wǎng) 熊超然】“全球爭奪量子霸權(quán)的競賽愈演愈烈，中美兩國的研究團(tuán)隊(duì)在本周出版的權(quán)威同行評議期刊《自然》上各自宣布了重大研究成果?！?

香港《南華早報》2月21日報道指出，當(dāng)北京大學(xué)和山西大學(xué)的研究人員宣布在光量子芯片上實(shí)現(xiàn)了全球首個大規(guī)模量子糾纏簇態(tài)之時，微軟的一個研究團(tuán)隊(duì)則聲稱已創(chuàng)建了拓?fù)淞孔颖忍?，這通常被視為該技術(shù)發(fā)展的“圣杯”（holy grail）。

報道形容，作為當(dāng)今這場“芯片戰(zhàn)”的兩大陣營，中美雙方在同一天宣布取得了科研突破和質(zhì)的飛躍。更加值得注意的是，兩大研究團(tuán)隊(duì)在論文中所揭示實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且無錯誤的量子比特（qubits）的方法和路徑，則是完全截然不同。

不僅如此，在兩方論文同時發(fā)表后，所得到的評價也不相同。中方研究團(tuán)隊(duì)通過扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，填補(bǔ)了光量子芯片關(guān)鍵技術(shù)的空白，《自然》雜志的審稿人高度評價稱，這是“可擴(kuò)展量子信息領(lǐng)域的一個重要里程碑”。

而反觀微軟的研究，一些專家確實(shí)肯定了其研究成果的開創(chuàng)性，但也有審稿人持有懷疑和爭論，認(rèn)為該團(tuán)隊(duì)公布的研究內(nèi)容“操之過急”，論文“用詞誤導(dǎo)且含糊不清”，各方面看上去都“相當(dāng)草率”。一些權(quán)威機(jī)構(gòu)還指出其中說法缺乏證據(jù)論證，而即便是微軟研究人員自己也承認(rèn)，需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)才能找到相關(guān)確鑿證據(jù)。

2月18日，北京大學(xué)博士研究生、論文第一作者賈新宇展示集成光量子芯片（受訪者供圖）。 新華社發(fā)

中方攻克難關(guān)，取得“重要里程碑”

2月20日，北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所王劍威教授和龔旗煌教授課題組與山西大學(xué)蘇曉龍教授課題組合作，在《自然》上發(fā)表突破性研究成果——中國科研團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)全球首例基于集成光量子芯片的“連續(xù)變量”量子糾纏簇態(tài)。相關(guān)專家表示，該成果填補(bǔ)了采用連續(xù)變量編碼方式的光量子芯片關(guān)鍵技術(shù)空白，也為光量子芯片的大規(guī)模擴(kuò)展及其在量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定重要基礎(chǔ)。

集成光量子芯片是一種能在微納尺度上編碼、處理、傳輸和存儲光量子信息的先進(jìn)平臺。如何在光量子芯片上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子糾纏是國際量子研究難題。量子糾纏簇態(tài)作為一種典型的多比特量子糾纏態(tài)，是量子信息科學(xué)的核心資源，然而其確定性、大規(guī)模制備面臨巨大實(shí)驗(yàn)困難，尤其連續(xù)變量簇態(tài)的光量子芯片的制備和驗(yàn)證技術(shù)在國際上仍屬空白。

經(jīng)多年攻關(guān)，中方研究團(tuán)隊(duì)成功攻克關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性發(fā)展了連續(xù)變量光量子芯片調(diào)控、多色相干泵浦與探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了確定性、可重構(gòu)的糾纏簇態(tài)制備，并對簇態(tài)糾纏結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

《南華早報》指出，中方研究利用光來生成和控制一個相互連接的量子態(tài)網(wǎng)絡(luò)，這表明在微小芯片上構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)的潛力——這是邁向基于量子技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵一步，在這種互聯(lián)網(wǎng)中，信息可以安全、高效地共享。

“這是我國科學(xué)家在集成光量子芯片技術(shù)領(lǐng)域取得的新突破?！饼徠旎捅硎荆@一原創(chuàng)成果為大規(guī)模量子糾纏態(tài)的制備與操控提供了全新的技術(shù)路徑，對推動量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子模擬等領(lǐng)域的實(shí)用化發(fā)展具有重要意義。

此前，包括美國、歐洲和日本都曾嘗試過類似的實(shí)驗(yàn)，而一位《自然》雜志審稿人如今則評價：“這項(xiàng)工作首次在光量子芯片上實(shí)現(xiàn)多比特的連續(xù)變量量子糾纏，是可擴(kuò)展光量子信息處理的一個重要里程碑?！?

基于集成頻率梳微腔的連續(xù)變量糾纏簇態(tài)制備、調(diào)控與探測原理與方案圖 北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所

微軟高調(diào)宣布，學(xué)界：操之過急、草率

與此同時，微軟研究團(tuán)隊(duì)也在《自然》上發(fā)表了論文，宣布其新研發(fā)一款名為“馬約拉納1號”（Majorana 1）的芯片是“量子計算領(lǐng)域的一項(xiàng)突破”。

據(jù)介紹，這種芯片采用所謂的“拓?fù)涑瑢?dǎo)體”——一種既非固體、也非液體或氣體的材料，制取可以按比例擴(kuò)展為高性能量子計算機(jī)的構(gòu)造模塊。

微軟公司在其網(wǎng)站的一篇博客文章中寫道，這項(xiàng)技術(shù)正朝著“利用數(shù)百萬個潛在量子比特協(xié)同工作，在單個芯片上解決從發(fā)現(xiàn)新藥物到革命性材料等一切無法解決之問題”的目標(biāo)邁進(jìn)。也就是說，微軟方面稱，可以將其開發(fā)的這種芯片按比例擴(kuò)展，從而使之包含100萬個量子比特，但并未說明這項(xiàng)工作需要多長時間。

不過，微軟的說法在科學(xué)界也引發(fā)了懷疑和爭論，一些人認(rèn)為，該研究團(tuán)隊(duì)過早地公布了研究成果，有些操之過急。

一位審稿人批評這篇論文“用詞誤導(dǎo)且含糊不清”，將理論預(yù)測、器件設(shè)計和實(shí)驗(yàn)結(jié)果“以一種相當(dāng)草率的方式”混合在了一起。當(dāng)然，也有不同意見的審稿人寫道：“我不同意審稿人的觀點(diǎn)，認(rèn)為這不是堅(jiān)實(shí)的成果。我仍然覺得，能做到這一點(diǎn)真是太令人驚訝了?！?

缺證據(jù)、存缺陷，微軟已遭受重大打擊

《南華早報》介紹，量子比特以其對熱量和噪聲的極度敏感性而聞名，這使得它們不穩(wěn)定且容易出錯。為此，世界各地的研究團(tuán)隊(duì)正在采取各種方法來解決這個問題，以使量子計算成為可能。

由于采用了編織設(shè)計，拓?fù)淞孔颖忍仡A(yù)計會比傳統(tǒng)量子比特更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確，從而使量子計算機(jī)能夠處理遠(yuǎn)超當(dāng)前機(jī)器能力的高度復(fù)雜性問題。

微軟研發(fā)的“馬約拉納1號”（Majorana 1）芯片 微軟網(wǎng)站

來自瑞士巴塞爾大學(xué)和奧地利科學(xué)技術(shù)研究所（ISTA）的物理學(xué)家告訴《自然》雜志的新聞團(tuán)隊(duì)，微軟可能操之過急，只展示了中間結(jié)果，但沒有提供拓?fù)淞孔颖忍卮嬖诘淖C據(jù)。

事實(shí)上，微軟的研究人員也承認(rèn)，雖然他們的測量顯示出了奇異量子態(tài)的積極跡象，但尚未提供確鑿證據(jù)，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。

微軟方面的這番承認(rèn)，其實(shí)正是在它們此前遭遇過挫折的背景下作出的。2018年，微軟資助的一家荷蘭實(shí)驗(yàn)室同樣在《自然》上發(fā)表了一篇論文，后來因數(shù)據(jù)分析存在缺陷而被正式撤回，這對于微軟的量子戰(zhàn)略而說可謂一個重大打擊。