2月18日，北京大学博士(shi)研(yan)究生、论文(wen)第一作者贾新宇展示集成光量子芯(xin)片（受访者供图(tu)）。 新华社发

中方(fang)攻克难关，取得“重要里程碑”

2月20日，北京大学物理学院现(xian)代(dai)光学研(yan)究所王剑威教授和龚旗煌教授课题组与山(shan)西大学苏晓龙教授课题组合作，在(zai)《自然》上发表突破(po)性研(yan)究成果(guo)——中国(guo)科研(yan)团队成功实现(xian)全球(qiu)首例基于集成光量子芯(xin)片的“连续变量”量子纠缠簇(cu)态。相关专(zhuan)家表示，该成果(guo)填补(bu)了采用连续变量编码方(fang)式的光量子芯(xin)片关键技术(shu)空白，也为光量子芯(xin)片的大规模扩展及其在(zai)量子计(ji)算、量子网络等(deng)领域的应用奠定重要基础。

集成光量子芯(xin)片是(shi)一种能(neng)在(zai)微纳(na)尺度上编码、处理、传输(shu)和存储(chu)光量子信(xin)息的先进(jin)平台。如何(he)在(zai)光量子芯(xin)片上实现(xian)大规模量子纠缠是(shi)国(guo)际(ji)量子研(yan)究难题。量子纠缠簇(cu)态作为一种典型的多比特量子纠缠态，是(shi)量子信(xin)息科学的核心资(zi)源，然而其确定性、大规模制备面临(lin)巨大实验困难，尤其连续变量簇(cu)态的光量子芯(xin)片的制备和验证技术(shu)在(zai)国(guo)际(ji)上仍属空白。

经(jing)多年攻关，中方(fang)研(yan)究团队成功攻克关键技术(shu)瓶颈，创新性发展了连续变量光量子芯(xin)片调控、多色相干泵浦与探测技术(shu)，实现(xian)了确定性、可(ke)重构的纠缠簇(cu)态制备，并对簇(cu)态纠缠结构进(jin)行实验验证。

《南华早报》指出，中方(fang)研(yan)究利用光来生成和控制一个相互连接的量子态网络，这表明在(zai)微小芯(xin)片上构建量子网络的潜力——这是(shi)迈向(xiang)基于量子技术(shu)的互联网的关键一步，在(zai)这种互联网中，信(xin)息可(ke)以安(an)全、高效(xiao)地共享。

“这是(shi)我国(guo)科学家在(zai)集成光量子芯(xin)片技术(shu)领域取得的新突破(po)。”龚旗煌表示，这一原创成果(guo)为大规模量子纠缠态的制备与操控提供了全新的技术(shu)路径，对推动量子计(ji)算、量子网络和量子模拟(ni)等(deng)领域的实用化发展具有重要意义。

此前，包括(kuo)美国(guo)、欧洲和日本都曾尝试过类似的实验，而一位《自然》杂志审稿人如今则评价：“这项工作首次在(zai)光量子芯(xin)片上实现(xian)多比特的连续变量量子纠缠，是(shi)可(ke)扩展光量子信(xin)息处理的一个重要里程碑。”

基于集成频率梳微腔的连续变量纠缠簇(cu)态制备、调控与探测原理与方(fang)案(an)图(tu) 北京大学物理学院现(xian)代(dai)光学研(yan)究所

微软(ruan)高调宣布，学界：操之过急(ji)、草率

与此同(tong)时，微软(ruan)研(yan)究团队也在(zai)《自然》上发表了论文(wen)，宣布其新研(yan)发一款名为“马约(yue)拉纳(na)1号”（Majorana 1）的芯(xin)片是(shi)“量子计(ji)算领域的一项突破(po)”。

据介绍，这种芯(xin)片采用所谓的“拓扑超导(dao)体”——一种既非固体、也非液体或气体的材料，制取可(ke)以按比例扩展为高性能(neng)量子计(ji)算机的构造模块。

微软(ruan)公司在(zai)其网站的一篇博客文(wen)章中写道，这项技术(shu)正朝着“利用数百万个潜在(zai)量子比特协同(tong)工作，在(zai)单个芯(xin)片上解决从发现(xian)新药物到革命性材料等(deng)一切无法解决之问题”的目标迈进(jin)。也就(jiu)是(shi)说，微软(ruan)方(fang)面称，可(ke)以将其开发的这种芯(xin)片按比例扩展，从而使之包含100万个量子比特，但并未说明这项工作需要多长时间(jian)。

不过，微软(ruan)的说法在(zai)科学界也引发了怀疑和争论，一些(xie)人认(ren)为，该研(yan)究团队过早地公布了研(yan)究成果(guo)，有些(xie)操之过急(ji)。

一位审稿人批评这篇论文(wen)“用词误导(dao)且含糊不清”，将理论预测、器件设计(ji)和实验结果(guo)“以一种相当草率的方(fang)式”混合在(zai)了一起。当然，也有不同(tong)意见的审稿人写道：“我不同(tong)意审稿人的观点，认(ren)为这不是(shi)坚实的成果(guo)。我仍然觉得，能(neng)做(zuo)到这一点真是(shi)太(tai)令人惊讶(ya)了。”

缺证据、存缺陷，微软(ruan)已遭受重大打击(ji)

《南华早报》介绍，量子比特以其对热(re)量和噪声的极度敏感性而闻名，这使得它们不稳定且容(rong)易出错。为此，世界各地的研(yan)究团队正在(zai)采取各种方(fang)法来解决这个问题，以使量子计(ji)算成为可(ke)能(neng)。

由于采用了编织设计(ji)，拓扑量子比特预计(ji)会比传统量子比特更稳定、更准(zhun)确，从而使量子计(ji)算机能(neng)够(gou)处理远超当前机器能(neng)力的高度复杂性问题。

微软(ruan)研(yan)发的“马约(yue)拉纳(na)1号”（Majorana 1）芯(xin)片 微软(ruan)网站

来自瑞士(shi)巴塞尔大学和奥地利科学技术(shu)研(yan)究所（ISTA）的物理学家告诉《自然》杂志的新闻团队，微软(ruan)可(ke)能(neng)操之过急(ji)，只展示了中间(jian)结果(guo)，但没有提供拓扑量子比特存在(zai)的证据。

事实上，微软(ruan)的研(yan)究人员也承认(ren)，虽然他们的测量显示出了奇异量子态的积极迹象，但尚未提供确凿证据，还需要进(jin)一步的实验。

微软(ruan)方(fang)面的这番(fan)承认(ren)，其实正是(shi)在(zai)它们此前遭遇过挫(cuo)折的背景下作出的。2018年，微软(ruan)资(zi)助的一家荷兰实验室同(tong)样在(zai)《自然》上发表了一篇论文(wen)，后来因数据分析存在(zai)缺陷而被(bei)正式撤(che)回，这对于微软(ruan)的量子战略而说可(ke)谓一个重大打击(ji)。

中美量子竞赛，未来更加(jia)激烈

《南华早报》称，就(jiu)在(zai)微软(ruan)团队将量子计(ji)算的希望寄托在(zai)拓扑量子比特上时，中国(guo)的研(yan)究人员在(zai)设计(ji)芯(xin)片时则采取了截然不同(tong)的方(fang)法。

中方(fang)研(yan)制的芯(xin)片比微软(ruan)的芯(xin)片更小，并且使用了在(zai)室温下运行的基于光子的技术(shu)。相比之下，“马约(yue)拉纳(na)1号”芯(xin)片依赖于超导(dao)材料，而这些(xie)材料需要在(zai)极低温度下才能(neng)工作。

报道指出，在(zai)更广(guang)泛的全球(qiu)竞争中，谷歌也取得了突破(po)进(jin)展。去(qu)年12月，谷歌宣布在(zai)量子计(ji)算领域取得进(jin)展，发布了一款名为“威洛”（Willow）的芯(xin)片。谷歌称，该芯(xin)片能(neng)够(gou)在(zai)5分钟(zhong)内完(wan)成传统超级计(ji)算机即便耗尽全部时间(jian)也无法完(wan)成的计(ji)算。

而在(zai)更早之前的去(qu)年8月，谷歌发表论文(wen)宣布在(zai)量子计(ji)算领域取得重大突破(po)，仅一个星期(qi)后，美国(guo)政府就(jiu)强化了对中国(guo)量子计(ji)算的出口管制，与量子计(ji)算相关的一切——从设备、组件、材料到软(ruan)件和技术(shu)——都不许向(xiang)中国(guo)出口。

2月18日，北京大学王剑威教授（前排坐者）与团队成员在(zai)北大实验室展示硅基光量子芯(xin)片晶圆(yuan)（受访者供图(tu)）。 新华社发

观察者网《好评》栏目此前就(jiu)指出，，在(zai)关键设备的禁运和技术(shu)的重重封锁(suo)下，中国(guo)科研(yan)工作者们还是(shi)以惊人的速度追赶(gan)并缩小了与国(guo)际(ji)先进(jin)水平间(jian)的差距，并在(zai)一些(xie)重要领域实现(xian)了自主化突破(po)。

但不可(ke)否认(ren)的是(shi)，差距依然存在(zai)，我们须保(bao)持清醒的认(ren)识和紧迫感。量子计(ji)算不仅将重塑全球(qiu)信(xin)息技术(shu)的基础架构，也将对世界经(jing)济、国(guo)家安(an)全战略乃至人类社会的未来产生深远的影响。世界正在(zai)为迎接一个超大算力的量子时代(dai)做(zuo)准(zhun)备，当技术(shu)壁垒的高墙难以撼动，我们能(neng)做(zuo)的就(jiu)是(shi)扎下根来。

“在(zai)量子技术(shu)领域，中国(guo)的存在(zai)感显著上升。”日经(jing)中文(wen)网去(qu)年11月21日报道称，从可(ke)实现(xian)超高速计(ji)算的“量子计(ji)算机”公开专(zhuan)利数量来看，中国(guo)已超越美国(guo)，位居第一。

报道称，中国(guo)在(zai)量子科技的实际(ji)应用领域也领先于其他国(guo)家。通过“墨(mo)子”号量子通信(xin)卫(wei)星的中介，中国(guo)建成了一条从北京经(jing)由合肥再到上海全长2000多公里的量子通信(xin)干线。

根据美国(guo)波士(shi)顿咨(zi)询集团的预测，量子计(ji)算机将在(zai)2040年前催生4500亿(yi)至8500亿(yi)美元的经(jing)济效(xiao)益(yi)。考(kao)虑到广(guang)阔的市场前景和维护国(guo)家安(an)全的需要，中美在(zai)官方(fang)、民间(jian)和学术(shu)领域的主导(dao)权之争未来还将更加(jia)激烈。

来源| 观察者网