重磅！美国科技巨头宣布量子摩尔定律问世！10年内实现量子霸权！中国急需大量科普工作！
在近日召开的2019年美国物理学会三月会议上，IBM正式提出量子摩尔定律：其量子计算机实现的量子体积，每年增加一倍。IBM以自家的量子计算机为例，IBM在2017年推出了Tenerife 设备(5-qubit) 已经实现了4量子体积；2018年推出的IBM Q设备(20-qubit)，其量子体积是8；2019年推出的IBM Q System One(20-qubit)，量子体积达到16。
IBM将这一规律总结为量子摩尔定律。英特尔创始人戈登·摩尔提出的摩尔定律认为，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔两年便会增加一倍，而IBM提出的量子摩尔定律与摩尔定律类似。IBM在会上表示，IBM将在2020年实现量子霸权。
与此同时，中国的量子通信还在被公众质疑是不是伪科学？中科院院士潘建伟刚刚回应了！量子技术需要进行大量的科普工作！
量子摩尔定律问世！量子体积每年翻番，10年内实现量子霸权
来源：IBM
转载自：新智元 （微信号 AI_era） 肖琴、大明
编者按：IBM今天宣布量子计算新里程碑：迄今为止最高的量子体积！与此同时，IBM发布了量子性能的“摩尔定律”，宣布其“量子霸权”时间表：为了在10年内实现量子霸权，需要每年将量子体积至少增加一倍。
量子摩尔定律来了！
在近日召开的 2019 年美国物理学会三月会议上，IBM抛出了这个概念。
在这次会议上，IBM 宣布它最新型的量子计算机、今年 1 月在 CES 上亮相的全球首台商用量子计算一体机 IBM Q System One 提供了 “迄今为止最高的量子体积”。
“量子体积”(Quantum Volume) 是 IBM 提出的一个专用性能指标，用于测量量子计算机的强大程度，其影响因素包括量子比特数、门和测量误差、设备交叉通信、以及设备连接和电路编译效率等。
因此，量子体积越大，量子计算机的性能就越强大，能够解决的实际问题就越多。
重要的是，IBM 发现量子体积遵循一种 “摩尔定律”：其量子计算机实现的量子体积，每年增加一倍：
2017 年 IBM 的 Tenerife 设备 (5-qubit) 已经实现了 4 量子体积；
2018 年的 IBM Q 设备 (20-qubit)，其量子体积是 8；
2019 年最新推出的 IBM Q System One(20-qubit)，量子体积达到 16.
也就是说，自 2017 年以来，IBM 每年将量子体积翻了一番。
这种倍增与摩尔定律非常相似。摩尔定律由英特尔创始人之一的戈登・摩尔提出，即：
集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔两年便会增加一倍
IBM还制定了一个雄心勃勃的时间表：为了在 2020 年代实现量子霸权，我们需要每年至少增加一倍的量子体积！
IBM 在博客上发布了对 System Q One 的几个模型测试结果的概述。
当然，重点的测量指标是 “量子体积”，团队还发表了一篇论文，详细描述了这个指标以及如何计算。
在论文中，他们指出，新的度量标准 “量化了计算机成功实现的最大宽度和深度相同的随机电路”，并指出它还与错误率密切相关。
除了提供迄今为止最高的量子体积之外，IBM Q System One 的性能还反映了 IBM 所测量到的最低错误率，平均 2-qubit gate 的错误率小于 2%，其最佳 gate 的错误率小于1%。
低错误率很重要，因为要想构建功能完备、大规模、通用、容错的量子计算机，需要较长的相干时间和较低的错误率。
量子体积是衡量量子霸权 (Quantum Advantage, 又称量子优势) 进展的一个基本性能指标，在这一点上，量子应用程序带来了超越经典计算机本身能力的重大、实际的好处。
接下来，详细阐述“量子体积”的概念和意义。
IBM对 Q System One进行了详细的基准测试，并在博客中公布IBM Q Network系统“Tokyo”和“Poughkeepsie”以及公开发布的IBM Q Experience系统“Tenerife”的一些性能数据。
特定量子计算机的性能可以在两个层面上表示：与芯片中基础量子位相关的度量，我们称之为“量子器件”，以及整体系统性能。
下表比较了四个最近的IBM Q系统中量子器件的基本指标：
IBM Q System One的性能可以体现在测得的一些最优性能/最低错误率数字中。平均两个量子比特门误差小于2％，最佳门错误码率小于1％。
IBM的设备基本上受到相干时间的限制，对于IBM Q System One来说平均为73μs。
平均两比特率误差率在相干极限的两倍之内（1.68倍），该极限即由量子位T1和T2设定的理论极限（IBM QSystem One平均为74μs和69μs）。这表明IBM的控件引起的误差非常小，已经接近该器件上最高的量子比特保真度。
为了在本世纪20年代实现量子优势，需要每年至少将“量子体积”增加一倍。
IBM的五量子比特设备Teumife的量子体积是2017年首次通过IBM Q Experience量子云服务提供的，目前的IBM Q 20-量子位的高端设备的量子体积为8。最新结果表明，IBM Q System One性能已经超过16量子体积。自2017年以来，IBM Q团队每年都实现了量子体积的倍增。
下面是一张量子系统开发路线图，以量子体积为衡量标准，量子系统计算力每年增长一倍。
有趣的是，其实可以将上图与Gordon Moore在1965年4月19日提出这张著名的“摩尔定律”图表进行比较：
为了实现0.01％的误差率，需要将相干时间提高到1-5毫秒，这是一个漫长的未来之路，在量子系统中实现这一目标需要克服很多激动人心的挑战。
在制定系统路线图的同时，需要同时研究元器件的基本物理特性，并测量了单个超导传输量子比特T1弛豫时间长达0.5毫秒（500微秒，质量因数为1500万），研究结果表明这些器件不存在基本材料上的限制问题。
虽然“量子体积”可用于表征设备性能，但业界也可以使用其他指标，例如测量设备上的纠缠量子位的方式，从中提取有关系统性能的更多信息。
对于多量子位纠缠，一个简单的衡量标准是n-qubit Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）状态的断层摄影（可完全描述未知量子态的相同集合的过程），比如4量子位状态。
首先准备GHZ状态，并通过在不同基础上的各个量子位的投影，重建我们创建的状态。这里的量度指标是可实现的实验状态相对于目标状态的保真度。
状态层析成像对测量误差很敏感，因此如果不具备去除这些误差影响的技术，我们重建的4量子位 GHZ状态的保真度为0.66，可以绘制出如下的密度矩阵：
不过，可以通过额外校准测量来确定测量误差的倒数，并对层析成像数据进行测量校正，从而降低这些误差。同样的数据经过校正处理后，保真度提升至0.98。请注意，此值不包括误差线，误差线将包含由于状态准备和测量误差引起的统计噪音和系统噪音。
Qiskit Ignis是一种理解和降低量子电路和器件噪音的框架，也是IBM的开源量子开发套件Qiskit的一部分。Qiskit Ignis中包括测量误差降噪。
降噪后的4比特GHZ状态层析成像，保真度为0.98
我们还对IBM Q System One上的真正纠缠状态进行了初步测量，共有多达18个量子比特纠缠。
这些初步结果，再加上量子体积和降低测量误差技术的改进，以及新的快速高保真量子位测量的成果，将在2019年3月美国物理学会的会议上公布。
量子计算的噪声中间量子（NISQ）时代的到来是一个激动人心的时刻——从硬件，软件到物理学的突破，再到新的量度标准的诞生。要在实用系统上继续改进“量子体积”量度标准，仍需要进一步的研究和应用。IBM计划在纽约Poughkeepsie开设新的量子计算中心，在2019年下半年制造具有相当性能水平的量子计算系统。
1965年，戈登·摩尔曾断言：“集成电子技术的未来是电子产品本身的未来。”而我们现在相信，量子计算的未来将成为计算机本身的未来。
IBM Q System One，号称全球首台量子计算一体机，它体积如同大象，算力不敌小手机。
今年 1 月，拉斯维加斯 CES 展会上，Q System One 首次亮相。
IBM Q System One
它犹如一件艺术品，被安置在一个 2.74 米高、2.74 宽的的硼硅玻璃柜中，中间挂着吊灯一般的量子计算核心硬件，由一个闪亮的圆柱形黑色外壳包裹，里面的所有部件都被精妙地隐藏起来。
当然，为了方便维护，玻璃外壳可以使用电机打开。
IBM Q System One 由许多自定义组件组成，这些组件协同工作，可用于最先进的基于云的量子计算程序，包括：
具有稳定性和自动校准能力的量子硬件设计，提供可重复、可预测的高质量量子比特。
制冷工程，提供连续冷却、孤立的量子环境。
紧凑型高精度电子元件，可严格控制大量量子比特。
量子固件，可管理系统运行状况并启用系统升级，无需用户停机。
经典计算能力，提供安全的云访问和量子算法的混合运行。
以及 IBM 刚刚公布的，它的 “量子体积” 达到了 16。
如果明年 IBM 如约推出 32 量子体积的计算机，又会是何等的高端艺术品呢？
根据 BCC Research 的数据，到 2022 年，全球量子计算市场的复合年均增长率预计将达到 37.3%，产值达到 1.61 亿美元左右。再往后，2027 年该市场的年复合增长率将达到 53% 左右，产值达到 13 亿美元。
这个预测并不夸张。因为，这个领域的竞争正在加剧。
英特尔、微软、谷歌等主要竞争对手正在加入竞争。这些巨头科技公司正不遗余力地将量子计算商业化和民主化，使其进入商用领域。
英特尔最近与 Bluefors 和 Afore 合作推出了首款量子低温晶圆探针 (Cryogenic Wafer Prober)。这种装置可以加速基于硅的量子芯片上量子比特的测试过程。
微软的量子网络也正在成长。作为该公司量子开发工具包的一部分，微软大力推广其“量子友好” 的最新编程语言 Q#(Q-sharp)。微软的目标是开发一种通用量子计算机，采用坚固的基于纳米线的硬件结构，具有纠错机制。
以此同时，谷歌在去年 7 月发布了名为 Cirq 的开源软件工具包，以帮助开发人员测试量子计算算法。此外，在去年 3 月，谷歌宣布推出 Bristlecone，一台 72 量子比特的通用量子计算机。
参考链接：
https://www.ibm.com/blogs/research/2019/03/power-quantum-device/
量子通信到底是不是伪科学？中科院院士潘建伟刚刚回应了！
科技日报记者 何星辉 摄影记者 洪星
“墨子号”发射快三年了，到底有什么新发现？量子通信和公众有什么关联，到底是不是伪科学？10日，在全国政协十三届二次会议举行的记者会上，全国政协委员、中国科学技术大学常务副校长、中科院院士潘建伟有很多话要说。
“墨子号”已能满足初步安全通信需求
“墨子号”量子科学实验卫星发射升空以来，有什么新的发现？潘建伟说，“墨子号”作为一颗科学实验卫星，主要两个目的，一个是实用型的，为了实现超远距离星地之间的量子保密通信，同时也有个基础科学的研究目标，要对爱因斯坦所提出的“量子力学非定域性”开展严格意义下的验证。
潘建伟透露，“墨子号”发出以后，性能指标远超预期，原本计划两年内完成的科学试验任务，在两三个月之内就完成了，所以有很多的时间对性能做一些改进，目前有比较大的进展。同时，“墨子号”已经把星地之间密钥的成码量提高了40倍，现在嘀嗒一秒钟，大概能够传送40万个密钥，已经能够满足一些初步的安全通信需求。
潘建伟说，“墨子号”还做了一个比较有趣的实验。因为量子力学和广义相对论目前还没有很好地结合起来，针对有人提出的检验协调模型。“墨子号”做了实验，表明有些理论方案本身是不正确的，这是一个比较大的进展。
潘建伟说，希望能够尽早把量子通信推向实用化，未来能够研制一颗中高轨的卫星，让它能够24小时全天候工作，以弥补“墨子号”只能在晚上工作的遗憾，确保在更长时间里产生密钥。
对量子通信有疑虑是因为不了解
这些年来，针对量子通信的质疑几乎从未中断过，甚至有人认为量子通信就是“伪科学”。对此，潘建伟进行了回应，他说，公众对量子通信技术有疑问，主要是因为量子力学与他们的生活经验有很大不同，哪怕是受过高等教育的人，对于量子通信的先进理论都未必能很好地理解。所以公众才会对量子通信的科学性产生怀疑，担心这项技术不成熟。
潘建伟进一步解释说，创新成果从产生到广泛应用，通常会经过三个阶段。在第一阶段，公众接触到一个全新领域的东西，最开始的反应通常是：不靠谱。比如最早的照相机，大家觉得魂魄被吸到相机里面去了，都不太敢用。所以早期的量子通信，有人认为是伪科学，当它发展比较成熟之后，又觉得这个技术还没有广泛应用，有疑虑。“现在我们确实有很多创新性的成果已经走在世界前沿，我们应该有自信。”
不过，潘建伟也表示，目前，量子通信正处于第二阶段到第三阶段转换的过程当中，需要做大量的科普工作。“当量子通信被广泛应用后，大家觉得没什么稀奇了，创新过程也就完成了。”
至于量子通信的作用，潘建伟说，信息安全对国家、对个人都非常重要，小到银行账户的密码保护，大到无人驾驶的远程控制，量子通信在原理上可以提供一种无条件安全的通信手段，在未来将大幅度提升信息安全水平。
前沿科技需要国家顶层设计
潘建伟表示，我国目前在量子信息领域有一定的国际竞争力，甚至在部分方向上还处于国际领先地位，但也不能太乐观，有些优势受到欧美发达国家的强烈冲击。跟传统的国际科技强国相比，我国以往的科研组织模式以短期的科研项目为主，所以在满足国家战略紧迫需求，以及在科技资源的整合力度和支持强度上还是有所不足，企业对于前沿科技的投入热情，与发达国家相比有一定的差距。“中国要做好科技创新，需要党和国家高瞻远瞩，进行整体性布局。
潘建伟说，自己从事的量子信息科学，已经进入到一个深化和快速发展的阶段，特别需要多学科的交叉融合和各项关键技术的攻关，希望国家在这一领域部署重大科技项目，构建国家实验室。
去年，在全国政协的一次双周协商座谈会上，潘建伟曾经作了一个“加强国家实验室建设，打造高水平创新团队”的发言。考虑到目前欧盟、美国、英国这些发达国家在量子信息科技领域的国家战略都已经启动了，国际竞争非常激烈，潘建伟建议：我国应尽快实质性启动国家实验室建设以及相关领域的科技创新项目，同时，依托相关领域最具优势的创新单元，开展国家实验室的建设和运行管理，并具体负责相关重大科研任务的统筹部署和实施。
来源：科技日报
潘建伟委员：量子技术需要进行大量的科普工作
全国政协十三届二次会议3月10日（星期日）上午8:45在梅地亚两会新闻中心举行记者会，邀请5位政协委员就“新时代政协履职”回答记者提问。
中国国际电视台记者：“2016年8月，墨子号科学实验卫星发射升空，现在已经将近三年时间。 我们想请问一下，这一段时间，我们有哪些新的发现？未来又有哪些新的计划？另外，我们听到一些对于您量子通信研究的一些质疑，大众对于量子通信的认知还相对模糊，请您解释一下，量子通信对大众的意义和它的价值？谢谢。”
全国政协委员、九三学社中央副主席、中国科学技术大学常务副校长、中科院院士潘建伟回答：“非常感谢你的提问。墨子号作为一颗科学实验卫星，它主要有两方面的目的。第一方面是实用性，实现了超远距离的星地之间的量子保密通信。同时，它有非常基础科学研究的目标，在空间尺度开展严格意义下的爱因斯坦所指出来的量子力学验证。墨子号发射之后，性能指标比我们预想的好很多，所以本来计划两年内完成的科学实验任务，其实我们在两三个月之内就完成了，在过去的三年当中，我们就有很多的时间，能够对它的性能做一些相关的改进。目前比较大的进展，因为这是科学实验卫星，它本来不是为了实用化，但是我们已经把星地之间的密钥的成码量在过去两年提高了40倍，所以现在嘀嗒一秒钟，可以传送40万的密钥，这样已经能够满足初步的应用部门的安全通信的需求。除此之外，我们在过去两年做了一个比较有趣的实验，大家知道量子力学和广义相对论目前还没有很好的综合起来，所以它有一些模型专门提出来，检验怎么把它协调起来，更广泛的模型。”
“至于我们未来的打算，我们希望能够把这个成果推向实用化，但是目前的墨子号只能在晚上工作，因为白天太阳光太强了，就干不了了。所以未来希望研制一颗中高轨的卫星，让它能够在白天、晚上24小时全天时工作，这样确保它能够在所有时间里，都能够在更长的时间里产生密钥，能够来满足业务化运行的信息安全的传输。”
“你刚才问到，民众对量子信息科技有一些疑问。主要的原因是因为量子力学与我们每天生活的经验是很大不同的。我估计在座的人有极少数在大学期间可能学过量子力学。哪怕大家都受过高等教育，基本对上世纪初建立的这个非常先进的理论也没有很好的理解，所以公众常常对量子科技会有两方面的疑问。第一方面，他觉得量子力学怎么会这么奇怪，它本身的科学性和正确性到底如何？第二方面，在量子信息技术推向实用的过程当中，大家经常会担心这一项技术是否已经成熟？其实我们今天每个人用的手机、电脑等等，都是量子力学的根本成果，所以它本身的科学性已经经过近百年的证实很好的建立了，只不过我们在大学里面没有学过，所以大家不太了解，对于它的奇怪现象有疑虑。”
“第二，我想说的是一个创新性的成果，从它的产生到得到广泛应用，通常会经历三个阶段，第一个阶段，公众接触一个全新领域的时候，比如最早照相机，你的图像跑到相机里面，大家觉得我的魂都被吸到里面去了，大家都不太敢用照相机，觉得这个东西不靠谱。早期量子信息被有些人认为这个东西是一个伪科学，但是它发展成熟以后，大家对于它的科学性不怀疑了，因为觉得这个技术不怎么成熟，现在没有走向广泛应用，由于中国在做很多技术的时候，主要是长期的跟踪、模仿，所以我们可能自信心，对自己有领先的技术出来之后，自信心还是不够的。但是现在确实有党和国家的支持，我们国家已经有很多创新性的成果，是走在世界的前沿，所以要自信。”
“在广泛应用之后，这个创新的过程才真正完成了，所以我觉得量子技术正在处于第二阶段到第三阶段转换的过程当中，正因为这样，所以才需要进行大量的科普工作。比如去年的时候，我们科协里面很多委员，对这个东西也不怎么了解。后来全国政协常委给我一个机会，在第二次会议期间，我做了一个科普讲座，那次效果还是不错的，尽管委员们是来自于不同的领域，都表现了对量子科技的浓厚的兴趣。”
潘建伟说：“你刚刚说量子通信对公众有什么意义？我觉得信息安全不仅对国家来说和重要，对个人来说也是非常重要的。比如你每天银行的转款，账户密码信息都不能泄露，将来有无人驾驶的时候，你远程系统要防止被黑客攻击，不然车辆安全就得不到保障，所以量子信息可以作为一种无条件安全通信的手段。其实可以大幅度在未来提升我们信息安全的水平。目前我们在国家的支持之下，正在努力扩大量子信息技术的覆盖范围，通过降低成本，争取能够早一点让大众都能够得到它所带来的好处，谢谢。”
来源：澎湃新闻
潘建伟:我国在量子信息领域有较强实力,但不能太乐观
全国政协十三届二次会议3月10日（星期日）上午8:45在梅地亚两会新闻中心举行记者会，邀请5位政协委员就“新时代政协履职”回答记者提问。主持人为全国政协委员、文化文史和学习委员会副主任、大会秘书处新闻组组长刘佳义。
团结报团结网提问：“我的问题提给潘建伟委员。潘委员您好，作为一名科学家，您承担着繁重的科研任务，而我们也知道，您还担任全国政协委员、九三学社中央副主席，实际上做好每一项工作都需要投入大量的时间和精力。我的问题就是您是如何分配时间和精力，统筹兼顾好委员履职、民主党派工作和科研工作的？”
全国政协委员、九三学社中央副主席、中国科学技术大学常务副校长、中科院院士潘建伟回答：“谢谢你的提问。我自己所从事的是量子信息科学，我们这个领域发展到今天，已经进入到一个深化和快速发展的阶段。所以我们现在特别需要的是多学科的交叉融合和各项关键技术的攻关，这样其实就需要在国家的层面进行顶层的设计和系统性的布局。同时我们也需要相关的研究机构和国家相关的部委、企业的支持与协作。所以其实作为一个政协委员，又是民主党派的成员，结合我自身的工作进行建言咨政，而且对国家在量子信息科技方面领域的站位、布局、建议本身就是我的工作，所以可以比较好的把三者结合在一起。”
“具体的说来，在国家高度重视和大家的努力下，我国目前在量子信息这个领域是有一定的国际竞争力和较强的实力，甚至在部分的方向上，还是处于国际的领先地位，当然我们也不能太乐观了，我国有一些相关领域的优势，目前也受到了欧美一些发达国家的强烈冲击，我们跟传统国际科技强国相比，我们有一个弱点就是我们以往的科研组织模式是以短期的科研项目为主，所以对满足国家战略紧迫需求，科技资源整合力度和支持的强度还是有所不足的。”
“同时和美国不一样，他们的科技金融特别发达，所以我们国家的企业对于前沿科技的投入它的热情与那些国家相比是有一定的差距。在这样的背景下，在中国要做好科技创新其实需要党和国家的高瞻远瞩，整体性的布局。所以其实我们国家在量子信息等领域，做出了要部署重大科技项目，构建国家实验室等战略决策。其实我们现在需要做的就是要将国家的战略部署落实到实处，特别是明确相关的运行机制，所以在去年全国政协一次双周协商座谈会上，受九三学社的委托，我做了一个加强国家实验室建设，打造高水平创新团队的发言，对国家实验室的建设提出了一些自己的思考。”
“我们当时建议考虑到欧盟、美国、英国这些发达国家，在量子信息科技领域的国家战略，都已经启动了。所以目前的国际竞争是非常激烈的，所以我们需要尽快的实际性的启动国家实验室建设以及相关领域的科技创新2030的项目。所以同时我们对国家实验室的建设和管理，我们也建议要依托相关领域，最具优势的创新单元，开展国家实验室的建设和运行管理，并且具体负责相关重大科研任务的统筹部署和实施。”
潘建伟表示说：“所以通过全国政协这个大平台，能够对国家的决策提供一些有参考价值的建议，推进这个国家战略的顺利实施，这就是我觉得把这三者结合在一起，我们正在做的一些事情，谢谢。”来源：澎湃新闻
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