《流浪地球2》「550W」有可能是哪种量子计算机？

付佳琦

《流浪地球2》新年爆火，截止27日18时，总票房已然突破21亿元。影片中的550W量子计算机因其强大的功能引起广大科技爱好者的广泛关注。可实现全球复杂计算资源的融合与调度，以满足数万台发动机协同运作，还支撑「数字生命计划」所需的巨量算力。同时，还因其高度智能，担当着「大Boss」的角色，贯穿整部电影的始终，被誉为「全场最有价值道具」。那么，在这部科幻电影中引人瞩目的550W量子计算机，有可能是哪种量子计算机，离现实又有多远呢？



图片来源：电影《流浪地球2》

自然赋予人类的终极计算能力


首先来了解下什么是量子计算机。量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。简而言之，当某装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

万物互联时代，人们的工作、社交、衣食住行都会产生数据。数字经济和人工智能给人们带来了高效便捷的同时，需要庞大的数据处理能力来支撑。不过，随着摩尔定律濒临终结，经典计算所能提供的算力正逐渐接近天花板，人类社会亟需新的计算范式，为具有强大驱动力的数字经济引擎添油助燃，专家学者和众多业内人士不约而同的把目光投向量子计算。

与经典计算相比，量子计算不仅能够大幅提升数据处理效率，更快解决许多难解问题。还能降低计算成本和能耗，同时提升人工智能水平，更好地辅助人类决策，为应对医疗、金融、供应链物流、气候变化等领域的挑战提供新的算力解决方案。一句话，量子计算机将会给人类带来更高效率、更准计算、更低风险和更多发展可能。据权威咨询机构波士顿（BCG）预计，未来15到30年，量子计算机将创造4500亿至8500亿美元的新市场。

现阶段，量子计算在某些专用领域里已经显示出巨大的优势， 业界有人把量子计算称为「自然赋予人类的终极计算能力」。终极形态的量子计算机，可以模拟人类社会乃至整个世界的运行，可辅助人们精准决策、规避风险，可谓一切尽在掌握。

「550W」有可能是哪种量子计算机？


量子计算的发展有三个阶段即量子优越性阶段、专用量子计算机阶段(NISQ)和通用量子计算机阶段。不过，必须承认的是，现实中已有的量子计算机还处在专用量子计算机阶段(NISQ)。而《流浪地球2》里的550W的强大功能，显然已属于通用智能量子计算机。那么问题来了，当下量子计算机有多种技术路径，这么超能全面的550W通用量子计算机，有可能是哪种技术路线呢？



剧中550系列量子计算机 图片来源：电影《流浪地球2》

目前，量子计算机主流技术路径主要是超导、离子阱、光量子，此外还有如半导体量子点、冷原子、拓扑量子等技术路线。《流浪地球2》电影中的量子计算机550W体积小，一个人就可以搬动，能在常温常压，乃至在月球、水下等复杂或恶劣的环境中工作。目前正在研发的超导、离子阱、量子点、冷原子等技术路径需要高真空和超低温，应该都很难发展成550W。不难看出相对希望较大的就是光量子计算机路径了。曾有研究者表示，光量子路径可满足实现通用量子计算机的三个前提，即百万量子比特的操纵能力、低环境要求、高集成度。

光量子计算机主要优势体现在：光子不带电荷，彼此之间不存在电磁场相互作用，在自由空间中几束光平行传播、相互交叉传播，不会发生干扰，千万条光束可同时穿越一只光学元件而不会相互影响；光子没有质量，在半真空和介质中都可以传播，其传播速度约是电子在导线中的传播速度的1000倍；使用光量子计算机，能够实现超大规模的信息处理能力，具有能量消耗小，散发热量低等特点，更适合双碳经济的需求。

光量子计算赛道腾蛟起凤


量子科技是中美欧日等国家科技竞争的战略新高地。在刚刚过去的2022年，全球量子计算已步入市场探索加速期。越来越多的行业巨头和初创企业都在量子计算领域争相布局，光量子计算的赛道上2022年呈现出一派兴盛景象。

2022年，估值最高的光量子计算公司——美国的PsiQuantum宣布实现突破性技术，将使编译应用程序在运行时效率提高约50倍，可以更有效地实现容错量子计算；加拿大光量子计算公司Xanadu先是宣布与美国半导体公司格芯（GlobalFoundries）达成合作，将共同推进通用和容错光量子芯片的量产，后又宣布已获得1亿美元C轮融资；德国工业机械制造公司Trumpf集团子公司、光量子初创企业QANT首期投资5000万欧元，它将领导「PhoQuant」项目的联盟伙伴，为量子计算实现工业规模化做准备；丹麦也宣布成立PhotoQ联盟，将投资300万欧元在未来四年内开发一台光量子计算机；以色列光量子计算初创公司Quantum Source完成1500万美元种子轮融资；荷兰光量子计算硬件公司QuiX Quantum完成550万欧元的种子轮融资，用于加速构建强大的光量子计算机,并与德国航空航天中心（DLR）签署价值1400万欧元的通用量子计算机研发合同，项目为期四年，目标是为DLR创建光量子计算原型机。

将目光转向国内，公开信息显示：有着国内光量子芯片及光量子计算产业引领者之称的上海图灵智算量子科技有限公司（下称图灵量子），于2022年初发布了国内首个全系统集成的商用科研级专用光量子计算机—TuringQ Gen 1（体积约1m），打破了量子领域高门槛、高投入、高研发周期的技术壁垒，让使用者可轻松跨入量子计算世界；并在光量子芯片、光量子测控系统、光量子EDA软件和量子云平台等方面实现了引领性技术优势。2022年9月，图灵量子发布TuringQ 求解器，在大量测试中性能表现优异，有望打破高性能求解器被国外巨头垄断的局面，在金融、医疗等多领域将拥有广阔的应用前景。



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图灵量子商用科研级专用光量子计算机—TuringQ Gen 1 ｜ 视频来源：网络

进入2023年，图灵量子和上海交通大学无锡光子芯片研究院联手打造国内首个量子人工智能计算中心，旨在打造国内算力设施新范式和新标杆。日前，图灵量子获得由「国家队」中国互联网投资基金领投的数亿元A轮融资。

量子科技在「十四五」乃至更长远的未来，有望成为中国在全球科技产业中「换道超车」、掌握产业链话语权的重要核心技术，具有深远的战略意义。衷心祝愿随着中国量子科技企业的异军突起，中国能够早日出现如「550W」那样具备超高性能、高度智能的量子计算机，为我国的伟大复兴贡献特有的量子计算力量。