科学研究 - 量子计算，美欧看好日本发力产学研合作

新年伊始，展望2020年日本科技领域的前景时，在媒体上最为活跃的字眼是“量子计算”。

2019年12月17日，日美欧的政府机构公职人员聚集在京都，宣布将在量子技术开发方面加强合作。12月19日，东京大学和美国IBM公司签署了旨在推进量子计算技术革新和实用化的合作伙伴关系建设的备忘录。同一天，英国剑桥大学风险投资公司“剑桥量子计算”正式进军日本市场。

这一系列的举动，大有一种大山鸣动的预感。

尤其是东大与IBM的合作，通过设立一个叫做“日本-IBM量子伙伴关系（Japan-IBM Quantum Partnership）”的框架，推向了产学研全面合作的层级。该框架包括在产业界推动“量子应用开发”、“量子计算机系统技术的开发”，以及进行“量子科学的促进与教育”等等。在这一框架下，IBM将把其最新锐的量子计算机系统——“IBM Q System One”设置在日本。这在亚太地区尚属首次，是继美国与德国之后，IBM在全球设置的第三个基地。

IBM Q System One
（IBM官网）

这个“IBM Q System One”是将传统的计算机结构应用到量子计算机上，可以将复数组建搭建成一个最佳状态的系统，是可以在复数研究所之间运用的基于云计算的近似超导量子计算机。这对于量子计算的商用化有着非常重要的意义。

IBM布局日本反映了量子霸权争夺的白热化。在这一领域，无疑谷歌是最强者之一。2019年10月23日，谷歌在《自然》杂志100周年版封面上宣称实现了“量子超越性（quantum supremacy）”，即“量子计算机 200 秒，能抵最强超算 10000 年”。谷歌表示这是全球第一台能够解决传统计算机无法在合理时间内完成的处理任务的量子计算机。谷歌技术团队利用 54 量子比特的 Sycamore 量子计算机在 200 秒内完成了一个计算，而同样的计算用当今最强大的超级计算机 Summit 执行，需要约 10000 年。

谷歌的这一重大发表引起了学界与业界的轰动。在一片赞叹声中，首先表示质疑的就是IBM公司。IBM表示，谷歌关于 10000 年时间的估算是错误的。事实上，同样任务的理想模拟可2.5 天内在一个经典系统上完成，而且后者准确度要高得多。

比IBM更早对谷歌量子计算进行追踪评估的是中国的阿里巴巴。早在2018年3月，谷歌的“量子超越”就曾经因为遭到阿里巴巴的质疑而推迟发表。阿里巴巴的结论是通过驱动很多计算机同时运转，将模拟量子计算工程的作业进行分割的方法改进以后得出的。

在不知不觉之中，量子技术的较量也形成了中美两强争雄的格局。两国在该领域都投入了10亿美元以上资金。美国产业界由谷歌、IBM、英特尔以及许多风投企业形成一个非常强大的研发力量。中国则有阿里巴巴、华为、百度、腾讯等新近崛起的科技公司进入该领域。

量子计算争雄，既要有硬件上的突破，也需要软件的支撑。

世界各国在量子技术领域的专利申请推移

日本在量子计算方面，从基础研究到产业应用都有不菲的成果。譬如量子退火算法的概念就是东京工业大学西森秀稔教授和他的学生生门胁正史在1998年率先提出的[1]。富士通与日立，以及NEC公司相继研发出基于“数码退火(Digital Annealing)”的量子计算机系统。NTT与国立情报学研究所（NII）以及理化学研究所共同研制了世界上第一台在常温下运行的“量子计算机”——“量子神经网络（QNN：Quantum Neural Network）”。东京大学在量子计算纠错领域有着雄厚的研究实力[2]。日本在量子技术领域的专利申请总数仅次于中美，居世界第三位。

然而，相比于中美，日本在量子计算领域并没有形成一个国家层级的整体计划。在这样一个背景下，如何将其收入自己的影响圈，利用日本的实力，势必成为两强相争的焦点。而日本要在全球争得份额也必须走出日本国内市场，将目光放眼全球。这或许是2020新年前后一系列举措的内因。

东京大学在日本举足轻重。因此，IBM首战选择与东大合作凸显其锐利的战略眼光。