量子计算机，一个听起来很高大上的名词，实际上还没有进入人们的生活，但如果成功商业化，将对世界产生“前所未有”的史诗般的影响。2018年是量子计算机技术飞速发展的一年。按照目前的发展速度，预计2035年将出现“实用”的量子计算机，但在这一步之前还有很多问题需要解决。日本“自称”引领亚洲科技前沿。下面就来深入说说日本“量子计算机”的发展吧！
量子计算机是“梦想计算机”吗？
其实量子计算机这个概念对很多人来说是比较神秘的。权威的解释是“遵循量子力学规律，进行高速数学和逻辑运算，以存储和处理量子信息的物理装置。”传统计算机的最小信息单位是0和1，我们称之为“比特”。量子计算机使用“量子比特”作为信息处理的基本单位。比如有300个量子比特的量子计算机，可以实现2的300次方的符合运算。这个数字甚至比组成宇宙的原子数量还要多。称之为“天文数字”也不为过。
量子计算机是“在多个符合态下并行运算的智能处理，然后利用干涉效应得到答案”。因此，量子计算机的比特数增加1，其并行度将增加2倍，量子比特数增加N，其并行度将增加2N倍。我们熟悉传统的计算机，它有32位和64位之分。它在计算机语言中的意思是“32位或64位”。如果位数加倍，并行度也会加倍。量子计算机和传统计算机最大的区别在于位数和性能的关系。量子化学模拟和量子力学学习在未来的作用是不可估量的。更具体地说，在新药开发、新材料设计、人工智能等领域。，商用量子计算机的使用将拥有压倒性的处理能力。
2018年，“量子比特”的数量快速增长。
最近量子计算机领域最热门的话题就是“量子比特数”快速增加，集成水平一年多来变化惊人。现在，以谷歌、英特尔、IBM、微软为代表的IT巨头和众多初创企业都在攻关量子计算机的问题。虽然实现量子计算机的技术有几种不同的分类，但在2018年，最“繁荣”的技术发展被称为“超导集成”。“超导体”是“在特定温度下功率阻抗为0的物质”。超导集成量子计算机工作在10mK的超低温。世界上第一台超导集成量子计算机是由NEC的中村泰信和蔡于1999年共同实现的。在完成这一伟大事业后，对整合进行了更深入的研究。
17年后的2017年4月，综合世界纪录是谷歌的9量子位；然而，2017年5月，IBM和Intel宣布制造出17比特超导集成量子计算机，随后IBM分别宣布实现50比特和Intel宣布实现49比特；2018年3月，谷歌宣布成功制造72位超导集成量子计算机；短短一年多时间，我们取得了如此巨大的成就！然而，只有IBM的20个量子比特、Rigetti Computing的19个量子比特、中国科学技术大学的12个量子比特、阿里巴巴的11个量子比特和Google的9个量子比特可以实际工作。2018年12月，Google、IBM、Intel的49~72量子位“中规模量子计算机”正在评估中。
如今在量子计算机领域，Google、IBM、Intel、Rigetti Computing四家公司都在努力提高集成度，中国科学技术大学、阿里巴巴、微软紧随其后。从行业内的信息来看，很多公司把“超导集成量子计算机”作为后续商业化的“重心”，也有硅胶、离子阱、majorana粒子、光子等平台。真的无法预测未来会往哪个方向发展！
日本发展量子计算机的“障碍”
上面提到的“超导集成量子计算机”未来还会继续扩展吗？从硬件理论的角度来说，确实很难。笔者调查了相关资料，与相关人士聊天，了解到日本目前的主要研究问题有:芯片尺寸。超导量子位的大小约为0.1mm角。如果集成1亿个量子位，芯片的整体尺寸将有一个体育馆那么大。在10mK的低温下冷却如此巨大的芯片，需要非常高的“冷冻技术”。否则只能尽量缩小芯片尺寸。在这种情况下，我们需要高超的立体贴装技术和散热技术。尤其是布线和伴随的发热问题非常严重，超导集成量子计算机从冰箱外部到内部需要大量布线。
此外，还不得不面对高精度信号传输技术、复杂电路结构的发热、串扰的抵消、量子比特特性的改善、巨大功耗的改善、量子计算机芯片自动不良感知的开发等技术问题。
以及中国和世界其他国家的行动。
从目前的情况来看，虽然有很多问题需要克服，但世界各国仍在投入巨额预算进行量子计算机的研发。2018年10月，欧盟大型量子计算机项目“欧盟量子旗舰”启动。这是一个超大型项目，预计10年耗资10亿欧元。此外，英国从2014年开始启动量子科技项目“英国国家量子科技计划”，五年内总预算2.7亿英镑。中国也将量子计算机的研发作为“国家重点研究领域”，预计2020年将投入70亿元建立量子研究中心。美国也有很大的危机感。预计近期将通过量子计算机开发研究相关法案，未来5年可能投入超过12亿美元。
日本于2018年启动Q-LEAP项目，10年总预算220亿日元，其中三分之一将投入量子计算机研究领域。对于这个研究项目，日本政府采取了“产、学、研”的方式，参与单位有日本的研究所、东京大学、中国产业研究所、MDR、东芝、NTT、NEC、Qunasys等多家企业。与中国相比，日本的“看家本领”是半导体相关技术和三维组装技术。对于前面提到的研究课题，日本的发展方向可能更广阔。然而，除了RD之外，关键问题是商业化，这需要一个长期的视角和观点来处理这一新生事物。未来能往什么方向发展，还需要拭目以待！
