据报道，2021年10月，我国量子计算领域双喜临门：“祖冲之号”和“九章”的2.0升级版——“祖冲之二号”“九章二号”均成功构建。
“祖冲之二号”构建了66比特可编程超导量子计算原型机。“九章二号”则再次刷新国际光量子操纵的技术水平，处理特定问题比目前全球最快的超级计算机快10的24次方倍。这意味着，我国已成为世界上唯一在超导量子和光量子两种体系下达到“量子优越性”里程碑的国家。
几十年间，量子计算机一步步从科学家的大胆构想中走向现实。这一路经历了怎样的曲折过程？世界上至今有哪些量子计算机？“祖冲之号”和“九章”的2.0版实现了怎样技术升级？请看本期解读。
道阻且长，行则将至
1981年，诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼提出了两个富有洞察力的问题：经典计算机是否能有效模拟量子系统？舍弃经典的图灵机模型而利用具有奇特性质的量子材料，能否构建模拟量子系统的计算机？
这是人类首次提出量子计算机概念。量子计算机的时代帷幕也由此拉开。
量子计算意义深远，因为它开启了一种全新的计算模式。古希腊数学家毕达哥拉斯说，任何事情都可用数来代表。也就是说，任何问题都可变成一个函数计算：输入一个数，通过一个模型演化运算，再输出一个数。
这个模型就像一个黑匣子，利用经典力学时就是我们现在正在使用的经典图灵机，利用量子力学时就是全新的量子计算机。
一个标准的量子计算机，通常需要具备3个基本模块：一是软件系统，即量子算法；二是量子信息控制系统，即量子电路，用来确保量子计算中可靠的底层信息处理，这相当于操作系统和编程；三是硬件体系。
三者中首先取得重大突破的是量子算法。影响最大的有两种算法：一种是诞生于1994年的舒尔（SHOR）算法，用于破解大质因数分解，可将分解5000位数字的时间从50亿年减到2分钟，在密码破译方面潜力巨大；另一种是诞生于1996年的格罗弗（GROVE）算法，即量子搜索算法，可从大量无序的对象中快速找到需要的东西，解决“最短路径搜寻”“大海捞针”等一些经典计算机很难解决的优化问题。
三者中进展最慢的是物理硬件。制备大规模量子计算机，长期以来挑战性极大，对于多个量子比特的有效测量和规模化集成更是难上加难。因为量子计算机本身就是一个矛盾体，一方面要把量子比特从环境中完全孤立出来，另一方面又要控制它们并使之相互作用。好比每个光子都有很好的量子性能，但要控制很多光子达到像一个光子那样的性能，就不是那么容易了。
科学家们一直在矛盾的“夹缝”中寻找出路。量子态是脆弱和敏感的，极易受到周围环境影响。在宏观世界中去建造一台量子比特数足够多、操控保真度足够高的量子计算机，让无形的量子服从命令，简直需要“巫师一般的魔法”。
经过科研人员几十年的不懈努力，量子计算机陆续形成，现整体处在早期发展阶段。如果类比经典计算机，大体在电子管时代，可谓“道阻且长，行则将至；行而不辍，未来可期”。
百舸争流，奋楫者先
目前，世界上都有哪些量子计算机？
根据量子比特的制备方式不同，主流的技术路径有超导量子、光量子、离子阱、半导体量子点量子以及量子拓扑等。前4种路径均已制作出量子计算原型机。
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