科學研究 - 量子計算，美歐看好日本發力產學研合作

新年伊始，展望2020年日本科技領域的前景時，在媒體上最爲活躍的字眼是「量子計算」。

2019年12月17日，日美歐的政府機構公職人員聚集在京都，宣佈將在量子技術開發方面加強合作。12月19日，東京大學和美國IBM公司簽署了旨在推進量子計算技術革新和實用化的合作夥伴關係建設的備忘錄。同一天，英國劍橋大學風險投資公司「劍橋量子計算」正式進軍日本市場。

這一系列的舉動，大有一種大山鳴動的預感。

尤其是東大與IBM的合作，透過設立一個叫做「日本-IBM量子夥伴關係（Japan-IBM Quantum Partnership）」的框架，推向了產學研全面合作的層級。該框架包括在產業界推動「量子應用開發」、「量子電腦系統技術的開發」，以及進行「量子科學的促進與教育」等等。在這一框架下，IBM將把其最新銳的量子電腦系統——「IBM Q System One」設置在日本。這在亞太地區尚屬首次，是繼美國與德國之後，IBM在全球設置的第三個基地。

IBM Q System One
（IBM官網）

這個「IBM Q System One」是將傳統的電腦結構應用到量子電腦上，可以將複數組建搭建成一個最佳狀態的系統，是可以在複數研究所之間運用的基於雲端計算的近似超導量子電腦。這對於量子計算的商用化有着非常重要的意義。

IBM佈局日本反映了量子霸權爭奪的白熱化。在這一領域，無疑谷歌是最強者之一。2019年10月23日，谷歌在《自然》雜誌100週年版封面上宣稱實施了「量子超越性（quantum supremacy）」，即「量子電腦 200 秒，能抵最強超算 10000 年」。谷歌表示這是全球第一臺能夠解決傳統電腦無法在合理時間内完成的處理任務的量子電腦。谷歌技術團隊利用 54 量子位元的 Sycamore 量子電腦在 200 秒内完成了一個計算，而同樣的計算用當今最強大的超級計算機 Summit 執行，需要約 10000 年。

谷歌的這一重大發表引起了學界與業界的轟動。在一片讚歎聲中，首先表示質疑的就是IBM公司。IBM表示，谷歌關於 10000 年時間的估算是錯誤的。事實上，同樣任務的理想類比可2.5 天内在一個經典系統上完成，而且後者準確度要高得多。

比IBM更早對谷歌量子計算進行追蹤評估的是中國的阿里巴巴。早在2018年3月，谷歌的「量子超越」就曾經因爲遭到阿里巴巴的質疑而推遲發表。阿里巴巴的結論是透過驅動很多電腦同時運轉，將類比量子計算工程的作業進行分割的方法改進以後得出的。

在不知不覺之中，量子技術的較量也形成了中美兩強爭雄的格局。兩國在該領域都投入了10億美元以上資金。美國產業界由谷歌、IBM、英特爾以及許多風投企業形成一個非常強大的研發力量。中國則有阿里巴巴、華爲、百度、騰訊等新近崛起的科技公司進入該領域。

量子計算爭雄，既要有硬體上的突破，也需要軟體的支撐。

世界各國在量子技術領域的專利申請推移

日本在量子計算方面，從基礎研究到產業應用都有不菲的成果。譬如量子退火演算法的概念就是東京工業大學西森秀稔教授和他的學生生門脅正史在1998年率先提出的[1]。富士通與日立，以及NEC公司相繼研發出基於「數位退火(Digital Annealing)」的量子電腦系統。NTT與國立情報學研究所（NII）以及理化學研究所共同研製了世界上第一臺在常溫下運行的「量子電腦」——「量子神經網路（QNN：Quantum Neural Network）」。東京大學在量子計算糾錯領域有着雄厚的研究實力[2]。日本在量子技術領域的專利申請總數僅次於中美，居世界第三位。

然而，相比於中美，日本在量子計算領域並沒有形成一個國家層級的整體計劃。在這樣一個背景下，如何將其收入自己的影響圈，利用日本的實力，勢必成爲兩強相爭的焦點。而日本要在全球爭得份額也必須走出日本國内市場，將目光放眼全球。這或許是2020新年前後一系列舉措的內在因子。

東京大學在日本舉足輕重。因此，IBM首戰選擇與東大合作凸顯其銳利的戰略眼光。