【专题研究】量子计算技术发展的前景展望
尽管世界范围内的量子计算研究如火如荼，展示了其巨大的发展潜力和应用前景，但目前来看，制约量子计算机发展的因素仍普遍没有解决：消相干问题仍是量子计算机研制面临的最大障碍，量子相干操控的能力需进一步提高；允许可扩展性、相干性和快速实现量子信息处理的物理体系仍处于探索阶段；尚未掌握良好制备与操纵量子态的技术；迄今远没有实现量子力学系统的工程化与控制，特别是有关可靠性、容错率和错误修正系统；成功有效的量子算法依然有限；量子计算机的接口与网络技术有待进一步开发；等等。总体来讲，量子计算机的前途将是光明的，道路却是曲折的，量子计算机的诞生任重而道远。
（一）大规模实用型量子计算机的实现尚需时日
量子计算技术发展的最终目标是实现大规模实用型量子计算机，这也是其核心目标。但是大规模实用型量子计算机到底何时能够实现，专家预测和各国计划说法不一。根据现有研究，量子计算机的耗能高、寿命短、运行准确率低，而实用化量子计算机需要含成千上万量子比特的处理器，其实用化还面临许多技术挑战。正如专家所说，“现在的量子计算机只是一个玩具，真正做到有实用价值的也许是5年，10年，甚至是50年以后。”有专家预计，未来10-20年，具有中等规模的包括量子存储、量子处理器的混合计算机系统研制成功。据美国技术预测组织预测，量子计算将在2024年初步实现实用化，但信心指数只有57，更广泛的应用需进一步扩展量子比特、降低耗能和成本、延长寿命等。综合起来看，按照目前的发展趋势，在未来的10-20年的时间里，世界上将可能出现实用型量子计算机。
（二）量子模拟将成为通往量子计算机的中间目标
相对量子计算机的实现，量子模拟对于技术要求较低，相对容易实现，将成为通往实现量子计算机道路上的中间目标。量子模拟系统作为量子计算的短期应用，将可以执行经典计算机不可能执行的模拟，发展出一套多体系统相干操控的手段，通过实验上直接操控、观测人工多体系统的演化行为，为强关联物理学（凝聚态物理和核物理的研究核心）提供完美的检验场所。根据欧洲QIPC计划，未来10年，将实现关键科学问题的模拟。
（三）何种物理实现体系能脱颖而出仍未可知
量子计算技术发展的总目标是推进该领域的研究沿着可扩展性的方向发展。目前主流学术界已经得到共识：真正意义上的量子计算机将会在具有可集成性的量子系统中获得实现，其瓶颈在于如何研制含有数目巨大量子处理器的物理体系，既可有效克服消相干影响，又具有物理可扩展性[]。就目前的水平而言，所有正在发展中的量子计算体系，距离容错计算的目标还很远，所以发展集成qubit的技术，提升量子门操作的水平达到容错计算的要求，将会是未来十年量子计算物理体系发展的最主要的目标。从发展趋势来看，量子点和超导约瑟夫森结体系更适合集成化和小型化，光学、固态、腔QED、超导等量子计算体系将是未来几年的主要研究方向，基于固态物理系统和量子光学系统最有希望研制成功量子计算机。究竟哪一种体系最终脱颖而出，还要看未来技术的发展。将来也许现有的方案都派不上用场，最后脱颖而出的是一种全新的设计，而这种新设计又是以某种新材料为基础，就像半导体材料对于电子计算机一样。
目前，人们对量子计算的研究越来越深入，在理论和实验方面不断取得突破，但量子计算技术的研究仍处于起步阶段，距离真正意义上的大规模实用型量子计算尚有一段很长的路要走，量子计算机的研究仍然路漫漫。不过，未来量子计算技术的发展将不仅能实现大规模实用型量子计算机这个核心目标，极大地提高计算速度，改变信息处理模式，而且也将使人们的研究方向伸向更为微观的世界，带动基于微观量子调控的技术的发展，可能萌发新一轮技术革命。
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