量子计算与通信轶事(202x)
2015-08-31 11:31:19 
阿炯
本文收录了量子计算机与量子通信网络相关的重要事件，截止到2030前。中国将在2016年启用量子通信网络
包含433个量子比特-IBM制造出世界最大量子计算机
Quantinuum 发布新型量子计算机 “Helios”
2025 年图灵奖首次颁给量子信息科学领域
中国将在2016年启用量子通信网络
中国将在2016年完成建造和启用世界最长的量子通信网络，中国正在建造长约2000公里的北京至上海量子光纤线路。官方新华社称它无法被监听，能向用户提供最安全的加密保障。新华社称到2030年中国的量子网络将延伸到全世界。这条线路将被中央政府、军方和重要企业机构如银行使用。领导该项目的中国科技大学量子物理学家潘建伟称，任何中国城市只要想要，都可以建造量子通信网络。他称中国在该领域领先世界。
量子光纤通信，它在通信过程中利用了光的粒子性而不是波动性。量子通信是在普通光纤通信上，再加上光子的纠缠态的通信。所谓的纠缠态，形象来说吧。我们将光子看成是一个球(实际并不是)，球的旋转方向看作是一种状态。例如向左旋是一种状态，向右旋是一种状态。一个向左旋的光子跟一个向右旋的光子组成一对，我们叫共轭光子。他们是相互影响，例如 AB 是共轭光子，那么 A 向左旋时，B 一定是向右旋。这就是纠缠态(纠缠在一起)。当进行加密通讯时，就是产生出一对共轭光子(AB，A 发过去，B 留下来)。要注意：在还没有测量的时候，谁都不知 A 是向左旋还是向右旋，即处于纠缠态。当接收者在收到信号进行测量时，才能真正确定 A 的状态。要注意，当A的状态确定后，那么受其影响，B 的状态也就确定下来。。所以，如果中间有人监听A时，那肯定会影响了 B 。这就是量子加密通讯的基础。
本节源自奇客Solidot
包含433个量子比特-IBM制造出世界最大量子计算机
参考消息网2022年11月11日报道：据英国《新科学家》周刊网站11月9日报道，国际商用机器公司（IBM）已经制造出迄今为止最大的量子计算机。这台名为“鱼鹰”（Osprey）的计算机包含433个量子比特，是该公司此前打破纪录的127个量子比特计算机的3倍多，是谷歌公司包含53个量子比特的“西克莫”计算机的8倍多。
报道称，尽管量子计算机有望最终解决传统计算机可能永远无法解决的问题，但是人们对于制造量子计算机的最佳方式没有达成共识。IBM和谷歌把量子比特建立在电路的基础上，这些电路由可以完美导电的超导体制成。而其他人则支持使用异常巨大的原子、带电原子或光量子粒子的装置。
IBM公司的奥利弗·戴尔说，制造“鱼鹰”的挑战并不仅仅在于制作更多的量子比特。量子比特可能受到由相邻量子比特施加到它们身上的力的扰乱，与“混线”使传统计算机产生故障的方式类似。当更多的量子比特被集成到一枚芯片上时，出现这种情况的可能性会更大。
“鱼鹰”通过把芯片连接到传统电子装置上来控制它所包含的量子比特。戴尔说，他和他的团队设计了这些连接，以便使量子比特得到尽可能精确的控制。报道还称，由于超导线只能在接近零下273摄氏度的温度下具备超导性能，因此“鱼鹰”必须被保存在一个特制的冰箱里。戴尔和同事们还不得不确保计算机及所有导线不会让温度有一丁点的上升。
研究人员对量子计算机寄予厚望，因为与常规比特不同，量子比特能够同时代表数值0、1以及（量子力学奇异特性导致的）两者的组合。这将使它们能够进行哪怕对最先进的超级计算机而言都过于复杂的计算，例如在亚原子水平上模拟化学反应。
2019年，谷歌公司曾宣布在这个方向上取得突破，当时“西克莫”解决了一个该公司声称用传统计算机不可能完成的问题。此后这一“量子霸权”多次受到挑战。报道介绍，“鱼鹰”拥有的量子比特数远大于“西克莫”，而且随着量子计算机体量的扩大，它们的性能已经变得更加强大。事实上，就存储和处理信息的状态数量而言，一台传统计算机需要拥有比已知宇宙中的原子数目更多的比特数才能与“鱼鹰”媲美。
戴尔说：“制造‘鱼鹰’是对于我们到底能制造多大的量子芯片的一次探索。它告诉我们，我们真的可以把400个以上的量子比特放在一块芯片上并使它们工作。这是工程技术领域的重大经验。”
塔夫茨大学的彼得·洛夫说：“这仍然是我们会称之为噪声装置的东西。而且噪声在一段时间内可能是量子计算机的关键词。”物理学家认为，由于量子比特会随着时间推移失去其量子特性，量子计算机就会出现错误，此时会产生嘈音。洛夫说，在他看来，重要的问题是像“鱼鹰”这样的计算机是否具备捕捉和纠正自身错误的能力，以及IBM是否会尝试用它来展示量子霸权。
戴尔说，IBM团队计划在2023年制造一台拥有1121个量子比特的量子计算机。与此同时，该公司将开发一种小一些的芯片，用于测试一种新的量子比特排列和连结方式，目的是降低噪声和减少错误。他说：“我们不仅致力于提高量子计算机的规模，而且致力于提高它们的质量和速度。”
IT之家2022年11月10日消息，IBM 在当地时间周三启动了 2022 年 IBM 量子峰会，会上宣布了量子硬件和软件方面的新突破性进展，并概述了其以量子为中心的超级计算的开创性愿景。IBM 宣布，该公司已经制造出一种更强大的量子计算芯片，从而向打造能够为企业提供商业价值的量子机器又迈出了一步。
据介绍，这款 433 个量子比特的 Osprey 芯片在 IBM 纽约年度量子峰会上亮相，其量子比特数是去年推出的 127 个量子比特的 Eagle 芯片的三倍多（约 341%）。除此之外，为解决量子计算机中的干扰问题，IBM 发布了 Qiskit Runtime 软件的 Beta 更新，现在包括允许用户使用 API 中的一个简单选项来换取速度以减少错误，以此帮助解决纠错并缓解问题。IBM 还推出了该公司下一代量子系统 ——IBM Quantum System 2。该系统采用模块化设计，将多个处理器组合成具有通信链路的单个系统。
据称，该系统的目标是到 2023 年底上线，并将成为以量子为中心的超级计算的集群，从而应对量子计算的下一波浪潮，通过采用模块化架构和量子通信来增加其计算能力，并采用混合云中间件无缝集成量子和经典工作流程。
IBM 表示，通过连接其中的三个系统，它可以构建一个拥有多达 16,632 个量子比特的系统。其他方面，IBM 还展示了新的 IBM Quantum Safe 技术、客户和生态系统扩展等生态内容。IBM 高级副总裁兼研究总监 Darío Gil 博士介绍称:“新的 433 量子比特‘鱼鹰（Osprey）’处理器使我们离量子计算机将用于解决以前无法解决的问题更近了一步”。
我们正在不断扩大和推进我们的量子技术，跨越硬件、软件和经典集成，以应对我们这个时代的最大挑战，与我们的合作伙伴和全球客户一起。这项工作将被证明是未来以量子为中心的超级计算时代的基础。 当我们将 Osprey 芯片的尺寸推向极限时，如果你仔细观察，你会发现它已经非常大了。明年，1000（量子比特）将会非常多。 在那之后，我们一直在设计和工程基于模块化的量子计算的整个架构。
4月14日是世界量子日，为了纪念这一天，谷歌发文介绍了量子计算机可能帮助解决的三个现实世界问题。
世界量子日（World Quantum Day）即 4 月 14 日，是世界各地量子科学家发起的一项倡议，于 2021 年 4 月 14 日启动，并开始 2022 年 4 月 14 日首次全球庆祝活动的倒计时。为什么选在 4 月 14 日，这是源自普朗克常数。普朗克常数是支配量子物理的基本常数，其大小为为 4.135667696 × 10-15eV・s，其前几位数字（四舍五入近似）即是 “414”。
药物研发
Google 表示，量子计算机预计将带来的首个益处是药物研发，从而改善健康结果。借助这项技术，研究人员将能够测试不同候选药物的靶点和其他生物分子，从而帮助研发更有效的药物。Google 最近与勃林格殷格翰公司联合发表了一篇研究论文，论文表明量子计算机将能够更准确地模拟细胞色素 P450，这是一种决定药物有效性的关键酶，因为它在血液中分解药物。
改进电池
Google 希望量子计算机能够造福人类的另一个途径是开发改进型电池。这对于清洁能源交通（例如电动汽车和公交车）以及电网至关重要，因为多余的能量可以储存起来，以备无风或无阳光时使用。
为了改进电池，谷歌设想利用量子计算机辅助设计新材料。该公司已与化学公司巴斯夫合作，确定量子计算机将能够模拟锂镍氧化物 (LNO)，从而改善工业生产流程并生产出性能更佳的电池。目前，LNO 的生产难度较大，这阻碍了该领域的研究。LNO 的主要优势之一是，与更常用的钴酸锂相比，其环境足迹更小。
聚变能
Google 表示量子计算机将受益的第三个也是最后一个领域是能源生产。如今，清洁可再生能源指的是太阳能或风能，但未来将意味着核聚变能。核聚变反应堆的技术仍在研发中，但 Google 相信量子计算机将用于设计反应堆，从而释放核聚变能。
Google 表示，目前的计算机模型可能存在误差，需要运行数十亿个 CPU 小时。这家搜索巨头已与桑迪亚国家实验室合作，证明在容错量子计算机上运行的量子算法可以 “更有效地模拟持续聚变反应所需的机制”。以科学为中心的人工智能模型的引入已经加速了药物和材料的发现，因此，当它与量子计算机相结合时，这些发现的速度可能会进一步加快。世界量子日快乐！
Quantinuum 发布新型量子计算机 “Helios”
知名量子计算公司 Quantinuum 于2025年11月上旬宣布推出其最新量子计算机 “Helios”，标志着量子技术在商用化进程中的一个重要转折点。公司称 Helios 在规模和可靠性方面实现了前所未有的提升，有望加速各行业量子解决方案的实际应用。
Helios 硬件搭载了 98 个物理量子比特。然而，实际可用的量子计算能力并不仅取决于物理量子比特的数量，因为物理量子比特极易受到环境微小扰动影响，导致运算过程中发生错误。因此，业界更关注 “逻辑量子比特”，即通过错误校正协议将多个物理量子比特互联，实现稳定可靠的量子状态。
Quantinuum 高管及外部专家介绍，Helios 可用 98 个物理量子比特实现 48 个具备错误校正能力的逻辑量子比特。相比其他主流架构需要数十乃至数百个物理量子比特才能实现一个逻辑量子比特，Helios 几乎做到了 2:1 的高效转换。这一技术突破依赖于软硬件的高度协同与复杂的错误校正算法，是量子工程领域的一大挑战。
Quantinuum 总裁兼首席执行官 Rajeeb Hazra 表示，“我们将其命名为 Helios，象征着量子计算商业应用的曙光初现。”该公司于 2021 年由剑桥量子计算与霍尼韦尔量子部门合并组建，汇集了前沿科研与高性能工业工程力量。今年公司完成 6 亿美元的股权融资，估值高达 100 亿美元，确立了其在私有量子领域的领军位置，竞争对手也纷纷加速大型商用量子机的研发步伐。
未来规划显示，Quantinuum 预计在 2029 年推出 Apollo 系统，届时物理量子比特将达数千，逻辑量子比特达到数百个。但公司强调，Helios 已是迈向容错型量子计算的重要一步，为企业解决传统计算机无法应对的高难度问题提供了可靠支持。
Helios 的另一项关键技术进步是全新编程语言 Guppy。工程师可据此为 Helios 架构量身定制与优化量子算法，摆脱原有量子软件在硬件约束与扩展性方面的局限。Quantinuum 管理层认为，目前在 Helios 上成功运行的算法将能顺利移植至未来如 Apollo 等更大规模的量子系统，实现量子软件开发的模块化升级。
在 Helios 内部预览阶段，包括美国摩根大通在内的金融服务企业已率先应用该平台，已在大规模数据集的实时分析等领域执行了更复杂的量子算法。摩根大通及同行表示，仍会与多家量子厂商共同合作，不断对模型与硬件能力进行测试和优化。摩根大通全球应用技术研究主管 Rob Otter 指出，底层量子系统的快速进步可能让企业级量子工作流程比预期更早实现。尽管大规模容错型量子计算距离普及尚需数年，但业界已经着手夯实算法和基础设施，为量子硬件成熟后赢得先机做准备。
2025 年图灵奖首次颁给量子信息科学领域
2026年3月18日，被誉为 “计算机界诺贝尔奖” 的图灵奖正式揭晓。
美国计算机协会（ACM）宣布将 2025 年图灵奖（ACM A.M. Turing Award）授予美国物理学家、IBM 研究员查尔斯・贝内特和加拿大计算机科学家、蒙特利尔大学教授吉尔・布拉萨德，以表彰他们在奠定量子信息科学基础，以及推动安全通信和量子计算发展方面作出的开创性贡献。
资料显示，1984 年，两人共同发表论文，提出了著名的 BB84 协议。这为量子密钥分发、量子通信研究奠定了基础。相比经典加密算法，BB84 协议给出了一个原理上绝对安全的终极解决方案，它的底层不是数学难题，而是量子力学的基本定律 —— 测不准原理。
目前，BB84 协议的改进版本已在全球多个量子通信网络中得到验证，包括光纤量子通信和卫星量子通信系统。
1993 年，两人还参与提出了量子隐形传态理论，证明可以利用量子纠缠实现量子态的远距离传输。这一发现表明，量子纠缠这种曾主要被视为哲学问题的现象，也可以成为一种实用的资源。相关实验现象的验证成果后来获得了 2022 年诺贝尔物理学奖。