在美国州际公路下方，处于纠缠态的光子（以光速运动的粒子）正构成美国最长的陆基量子网络之一的光纤电缆，往返传输到隔壁镇的美国阿贡国家实验室。
而此刻，研究人员想通过这83公里长的量子测试基站（和其他类似站点）来证明，你可以在一个地方编码量子态中的信息（例如在光子中），然后将其发送到其他地方，并在另一端完整地获取此信息。
当然，此举困难重重，科学家需要克服冻土、太阳辐射、车辆通行产生的振动等困难。可喜的是，一旦研究人员成功证实上述观点，他们带来的全新通信方式，将使5G这样全民皆知的技术成为过去式。
同时，其他实验室的研究人员，正在尝试将算法引入量子比特中，并在完成计算时将其正确转换。此举一旦真正的成功，那么他们将拥有一台新型的计算机——量子计算机。
多年以来，物理学家们清楚知道，量子力学原理可以彻底改变计算方式和互联网，量子比特的成熟 *** 控可以将算法的运行时间极大减少。由于任何干扰都会破坏信息，所以稳定的光子可以在世界范围内快速传输信息，同时传输过程不会受到入侵。
对我们其他人来说，量子革命似乎已经从无聊的科学理论变成了最尖锐的前沿。但殊不知，我们甚至有可能正在经历某种量子泡沫——它也许随时会破灭。
在2017年之前，大多数量子测试都只是通过闲置的光纤电缆来执行，没有人能够让量子比特，像经典计算机那样，可靠地处理信息。
而现在，全球有几十台量子计算机正在线运行，其中几台是软件开发者可以通过熟悉的服务器进行访问的，比如亚马逊网络服务账户。
在过去的两年中，美国已投入超过10亿美元（约合人民币66亿）的政府资金用于量子信息研究，量子计算初创公司也已经完成了多轮风险投资，而IBM宣布正在建造一台量子比特超过100万的计算机，而目前最多只有60个量子比特。中国政府也在今年10月份，宣布国家层面的量子信息技术政策计划。
尽管发展迅速，许多在量子信息科学这个新兴领域工作的人表示，量子比特的信息处理技术尚不足以替代经典计算机和互联网，因为它不够可靠，加上人们对它的认识也还不够。
开玩笑地说，大部分人认为，与其购买带量子比特的手机，还不如买苹果仿生芯片手机。
像量子比特和其他基本粒子的应用，在多数人的概念里，永远被归类为属于科研领域，与自身很难建立关系。但其中隐秘，未来走向，我们的客观经验何曾稳定可靠过。
由量子比特组成的计算机实际上是电路的集合，就像经典计算机由比特构成一样，输入值通过电路中的一系列逻辑门进行处理，每个逻辑门都会修改该值以产生输出。
如果你试图解决一个复杂的算法，例如，软件应用程序的测试。在一台经典计算机上运行，你需要将多个0和1位串在一起。但是，如果你使用量子比特运行算法，则仅需一个叠加态的量子比特，来代替所有的经典比特。
在改进量子计算和通信中，最难解决的问题是量子态的脆弱性。我们只能在测试中保护移动的量子粒子不受天气和道路振动的影响，而替代现有互联网所需的数千公里则另当别论。同样，即使在受控的实验室环境中，也没有人能弄明白如何使量子比特可靠运作。
正如IBM今年早些时候用27量子比特的Falcon处理器所展示的那样，它们在特定类型的计算中表现良好，且主要目的是用于测试。例如，研究人员可以用已知的解决方案向他们提出问题，然后验证其答案。但到目前为止，量子比特太过脆弱以至于无法在更大的群体中可靠运行，这就将它们永远地限制在了测试阶段。
IBM量子计算实验小组表示，理论上讲，随着量子比特数量的增加，我们就能够 探索 更加多样化的量子电路。但现实是，“量子比特损耗”问题意味着现存的量子计算机中，每一台的其中一部分，都专用于解决计算中的错误，而不是自己执行计算。
为了解决这个问题，释放量子计算的全部潜能，一些科研人员正在研究增加纠错码，而这些纠错码已在一些经典计算机中实现。
其他人正在 探索 将量子物理学应用于计算中的其他途径，这些途径不涉及门和电路。一种可能是诱使量子粒子忽略干扰性的背景噪声（例如振动、温度变化和杂散电磁场），芝加哥大学的一个团队在八月份宣布，他们成功地实施了这种诱导。
量子退火是另一项有潜力的技术，利用量子态的波动来进行计算，D-Wave的一些商用量子计算机便使用这种方法。但是它们也遭受错误的困扰，目前为止只能有效解决特定类型的算法，例如寻找一组点之间的最短路径。
去年，大众 汽车 在葡萄牙里斯本的一次试验中使用了D-Wave的方法来帮助公交车避免交通堵塞。这次实验是成功的，尽管它仅限于将与会者从机场带到会议中心。
此前，最臭名昭著的量子比特损耗出现在2019年10月，绰号“sycamore”的实验中。当时谷歌的研究人员宣布他们已在200秒内完成了对53个量子比特量子计算机的基准测试，这项测试需要一台经典超级计算机花费几天到10000年时间不等。
因此谷歌宣称已经取得了量子优势，量子计算机可以在不犯任何错误的前提下，比经典计算机更快地运行算法。这是量子信息科学领域的里程碑，谷歌首席执行官称之为量子计算的“你好世界（hello world）”时刻。
然而，不久之后，研究人员就对这项实验发出了质疑，引起了业界争论。
麻省理工学院的物理学家Wiliam Oliver表示，量子优势不在于它是否存在，而在于它何时崩溃。大多数人都认为谷歌做到了，但是如果他们增加了几个量子比特，就不可能做到这一点。他还认为量子计算的好处不仅仅是超越经典计算机，真正的里程碑应该是量子计算能够在任意时间无误地运行任意算法。
如果存在量子泡沫，则不仅是由于sycamore式学术研究的涌现，也是私营公司同时推动开发现实世界的量子应用（如避免交通拥堵），从而加剧了泡沫地膨胀。
至少从20世纪80年代，当阿贡物理学家Paul Benioff描述了计算机的第一个量子力学模型时，我们就知道量子力学在计算上的优势了。但是，这项技术好像对于小型初创公司和大型企业集团，有着恰到好处的吸引力。
同时为苹果和IBM工作的软件系统分析师William Hurley，在2018年创立了Strangeworks公司，是为研究量子算法的开发人员提供的社区中心。他个人认为，现在是量子时代最令人兴奋的时刻。
他还表示，已有1万多名开发人员签约提交了他们的算法，并与其他人进行合作。其中，初创公司Rigetti为了测试他们的量子算法，为亚马逊网络服务的用户，提供访问他们其中一台电脑的权限。这项名为Amazon Braket的服务于8月首次亮相，其客户包括大众和美国富达投资集团。
量子信息技术是如此吸引人，以至于大型企业正在瓜分整个研究部门，将其作为保持竞争力的一种方式。摩根大通的研究人员为其业务的各个部门都开发了量子算法，从加密到期权交易的安保。
摩根大通官方表示，其目前完全处于研究模式，希望在量子优势到来时做好准备。公司对于量子计算改善期权交易持乐观态度，而在这个金融领域，速度和准确性至关重要。
所有这些活动都得到了美国和海外纳税人的资金支持和激励，美国国家量子计划成立于2018年，其范围广泛（它呼吁制定一个“十年计划”，以加速量子信息科学和技术应用的发展）且慷慨大方（迄今为止已批准10亿美元）。
军方也提供了许多支持，例如美国国防部高级研究计划局（DARPA）今年迄今已经拨款近2000万美元（约合人民币13亿），用于推动量子计算机的发展。
Rigetti声称拥有美国唯一一家专门生产量子集成电路的工厂，它吸引了政府资金和风险投资。今年3月，该公司从DARPA获得900万美元资金（约合人民币6000万），随后完成了7900万美元的C轮融资（约合人民币52亿）。并在8月份宣布了其在英国建造第二台量子计算机的计划，该计划也获得了英国政府1000万英镑（约合人民币8620万）的资助。
然而，量子的不确定性代表着一场赌博，它还没有准备好解决现实世界中的问题。
事实上，如果量子比特损耗是量子物理学家的克星，那么访问挑战就是企业研究人员的祸根。每当量子计算机完成其算法的运行时，它都需要休息，否则量子纠缠将完全崩溃。量子比特的叠加态将会消失，叠加态之间相干性在经典世界中的消失过程称为量子退相干，这进一步证明了量子计算机的脆弱性。
今年9月，麻省理工学院的物理学家Wiliam Oliver和其他科学家共同宣布，他们认为普通物体如混凝土墙壁产生的无害辐射，加速了这种退相干。而将量子计算机转移到无辐射掩体中是不切实际的，并且对其他潜在补救措施（例如背景噪音欺骗）的研究才刚刚开始。
因此，在可预见的未来，量子计算机将不得不频繁地重置。如果你想像Rigetti和亚马逊那样提供量子计算的云服务，那就意味着你的客户需要等待很长时间。
事实是，需要一种将算法从经典计算机传递到量子计算机的方法，这加剧了访问挑战。最初，Rigetti允许客户在常规互联网上提交一个线路，然后再得到结果。但是，真正需要的是一个紧密的循环，这个循环发生在用来提交结果的经典计算机与再次运行的电路之间，而将公共互联网置于其中是一种巨大的威慑力。
Rigetti官方表示，得益于最近的改进，亚马逊客户将能够避免部分滞后时间，这使Rigetti能够同时评估数千条电路，并将结果以毫秒为单位返回到客户的经典计算机上。
但他们承认，除非完全过渡到量子系统，否则完全避免滞后时间的唯一方法，就是将量子和经典系统集成在一起，而完成这项成就还需要几十年的时间。
反观过往三年量子技术的飞速发展，下一次技术大飞跃是漫长的。但是进步是相对的。从20世纪第一个由真空管供电的电子电路，到邮票大小的A12仿生芯片为iPhone供电的半导体制造技术，已经过去了一个多世纪。因此，不要对未来的事态过早下定义。
David Aschwalom，芝加哥大学的物理学家、阿贡量子测试回路项目的负责人，也是前面提到的背景噪音欺骗技术的主要作者。他指出，量子信息研究的当前状态相当于1950年代只有几十个晶体管的经典计算机（现代笔记本电脑有数十亿个晶体管）。
但他指出，具有几十个量子比特的等效量子机器在“以高度非线性“的规模扩展，等到有人发明出一台大约有200个量子比特的量子计算机时，我们就能运行，比宇宙中的原子还要多的状态的算法。
IBM在9月份发布了一个路线图，该路线图显示它将如何在2023年之前，从今年的27个量子比特计算机，升级到名为Condor的1121个量子比特处理器。最终，IBM希望构建由100万个量子比特构成的完全容错的计算机。而这对于IBM自己的工程师来说，也是一个艰巨的项目。
除了要使这么多量子比特很好地协同工作，并保持一致性之外，Condor还需要在支持系统和物理架构方面进行改进。具有低温超导量子比特的量子计算机将会是一台庞然大物，带有众多稀释桥和低温冷却室，且还要有软管将所有零件连接在一起。
所有计算机都会产生热量，但量子计算机是名副其实的熔炉——首先，它们极易受到辐射和温度波动的影响。IBM指出，当今的商用冰箱无法有效地冷却和隔离一台百万量子比特的计算机。因此，新型冰箱也得出现在量子路线图上，可能是一个近3米高、2米宽的超级冰箱。
这项研究是非常真实的，但对我们大多数人来说是难以想象的。10000个在Strangeworks平台上分享算法的软件开发者们，为了验证他们的算法，需要找到量子计算机的空闲时间，运行之后进行准确性验证。要么他们也可以选择重写这些算法，并让它们在经典计算机上运行。
即使量子计算机成功地比经典计算机更快地完成了这些任务，但从长远来看，量子计算机的这种优势地位并不重要。至于量子互联网，测试平台的废弃光纤电缆提醒我们，挑战仍然存在。
说好听点，量子领域目前的状态成熟到可以接受挫折。说难听点，这是一个可能让纳税人和风险资本家都失望的泡沫。
但从消费者的角度来看，量子技术与3D电视或虚拟现实设备不同。它不需要你买一台新电视，或者把你家的整个房间都用来玩电子 游戏 。即使最终证明不可能使用量子处理器来制造手机，或者用光子可靠地将信息进行传输，公众仍然可以感受到量子对日常生活的贡献。
Rigetti相信，普通消费者可能会以两种方式其中的一种，来看待他们生活中的量子计算。
第一种是寻找一组点之间的最短路径问题。无论是将网约车司机派送到需求量大的社区，还是在堵塞的道路上驾驶公交车，提高尽快到达多个地点之间的能力，对现代生活来说都是一个巨大的福音。第二种是对消费品的改进（尤其是药品），量子计算机擅长建立用于药物开发的分子模型。
这两种情况以及其他类似情况都表明，未来，量子物理学不会取代我们今天所拥有的信息技术基础设施。事实上，量子的未来就是数据中心的未来，而不是50年后手机或笔记本电脑的样子。
换句话说，也许根本不存在即将破灭的量子泡沫。今天，大家都能理解超级计算机的重要性，尽管要准确描述其作用并不容易。无论我们是否达到了量子优势，或是否发明了坚不可摧的光子，量子技术对于这类机器存在改进作用是毋庸置疑的。
过去，到另一个城市可能需要好几个月的时间，火车的发明将时间急剧缩短。现在，可以将火车比喻为经典计算机，不管火车能走多远，你终究会碰到海洋，所以你需要乘坐飞机。
这就是量子计算：一项革命性的技术，可以让我们跨越隐喻的海洋。即使到了成熟阶段，它仍可能依赖经典计算机来执行日常任务，就像我们乘坐飞机去国外度假，但在去本地超市和商场的路上，依然会选择驾驶车辆。
如果最近投入量子计算研究的资金，让你心痒难耐地想买一部量子驱动力的iPhone，那么你可能生活在一个泡沫之中。过去几年的量子突破表明，在不太遥远的未来，虽然变化不会很明显，但更具革命性。新的疫苗可能在几天内诞生，而不是几年；股票交易可能发生在一瞬间……这使得今天花费几十亿美元来加速光子并建造巨型冰箱，都是值得的。
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“墨子”卫星发射成功意味着中国将成为世界上首个实现卫星和地面之间量子通信的国家，先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力。
这个听起来很厉害的量子卫星到底能做什么？
打个比方好了。
你写完一封信，用胶水粘好信封，哪怕外层再粘上一层胶带，但仍防不住有人拆开、读完再复原；你想用电磁波传递一个秘密，但“音量”再低，也防不住精细的窃听。
但是量子加密是任何运算能力强大的计算机都无法破译的，因为由量子粒子传递的信息只要一被外界试图截获就会被摧毁，所以它可从根本上、永久性解决信息安全问题。日内瓦密码技术公司ID Quantique的联合创始人Gregoir Ribordy将量子通讯比作发送一则写在肥皂泡上的信息。他说，如果有人想在这则信息被传输时拦截它，只要一触碰它，就会把“肥皂泡”捅破。
而我们发射的量子卫星将实现卫星和地面之间的量子通信，从而构建起一个天地一体化的量子保密通信与实验体系！
我国自主研发的量子卫星突破了一系列关键技术，包括高精度跟瞄、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等。其中量子纠缠，远距离升空交互传输将为我们国家下一阶段升空探测提供非常好的技术性支撑。目前我国在地球表面的测控站数量有限，没有美国全球布置测控站的能力，只在本国国土和一些友好国家有几个测控站而已，所以如果有了这种交互传输技术支持，对我国进一步远距离升空的探测，比如火星，太阳系之外，就会有很大帮助，其传输速度能支持我们从火星实时回传数据。量子卫星就好像一面对着太空的镜子，那边有什么变化，这边直接就能看到。
如果实验成功，我们就可以用很少的卫星完成过去许多卫星的工作，可能一两颗能顶过去几十颗。
不仅如此，“墨子号”成功升空近几年可能不会给民众生活带来直观影响，但是在国家安全和军事战略层面对国家形成了根本性的保障。目前，不论是基于民用还是军用的互联网，全世界13个根服务器没有一个在中国。这是我国的网络信息安全最大的威胁。每天互联网留存的数据都在国外的服务器上转换，从根本上讲，我们的数据信息无保密性可言。如果我们通过量子卫星和量子通讯的突破，解决了最根本的通讯安全问题。那不论是从国家安全方面来说，还是国防，都会得到很大的帮助。
量子通信的应用前景，就像电话的普及过程一样，将逐步进行，蔚为可观。“一开始，量子通信可能会应用于国防、金融、政务、科学研究等，之后会在大众中广泛应用。”
估计大约15年的时间，量子通信就有可能走进千家万户。“届时，每个人的家里、手机上或许都会有一个量子加密芯片，银行转款、电子账户等的涉密 *** 作，都不用担心被盗用或者攻击。”
“量子霸权”是2012年由加州理工学院物理学家普瑞斯基尔（John Preskill）提出的概念，意思是当量子计算机发展到50量子进制时，运算能力就可以超越传统计算机的运算能力。当这一天真正的到来，不仅代表 科技 走到一个新的里程碑，也意味 科技 公司真正拥有主宰量子计算机研发能力。
2018年3月，Google发布72进制数的量子处理器“狐尾松”（Bristlecone，其芯片里量子进制的编排图案就像一个松果），成为量子计算机的领先者，Intel与IBM则分别以49个与50个量子进制紧追在后。
Google量子AI实验室2018年公布了具备72量子进制的处理器“狐尾松”（Bristlecone）。
市面上有哪些量子计算机？差别在哪里？
Google在2013年成立量子AI实验室（Quantum AI Lab），并礼聘加州大学圣芭芭拉分校超导量子计算机专家马丁尼斯（John Martinis），该团队长期与NASA合作，目标是将量子计算机应用于机器学习等计算机科学问题。
《MIT商业评论》指出，“Google与NASA协议，希望NASA分析Google量子处理器上所运行的量子电路成果，提供其与经典仿真方案间的比较结论，从而支持Google验证自身硬件，并创建起量子霸权基准。”
不过，Google与Intel等公司的量子芯片或服务目前并未开放商用，有开放商用的是IBM与D-Wave这两家公司。
IBM宣布研发出全世界第一台50量子进制的量子计算机，并在2018年的CES正式亮相。另外，IBM以云计算运算形式对外开放Q System One，5个量子进制以内免费，目前最高提供20个量子进制运算服务，吸引众多量子计算机研究者使用。
除了这些大公司，小型企业中则以加拿大D-Wave与美国Rigetti知名度最高。
1999年创立的D-Wave，2011年推出世界上第一台商用量子计算机、128进制的D-Wave One，美国知名国防工业承承包商洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin）还成为首名客户。
因为D-Wave在量子计算机领域进军相当早，因此采用的企业众多，如大众（Volkswagen）就用D-Wave计算与仿真北京的出租车交通流量，找出最佳的派车法则；Google进军量子计算机领域时，也曾采购D-Wave作为研究之用。
不过由于D-Wave使用的并非IBM与Google等公司采用的正统量子闸（quantum gate）技术，而是量子退火技术（quantum annealing），而且D-Wave只是一种专为解决“优化问题设计”的量子计算机，无法解决更广泛的运算问题，因此外界对于D-Wave一直抱持相当大的怀疑，例如麻省理工学院教授阿伦森（Scott Aaronson）就多次公开质疑D-Wave的性能。
而为了向外界证明自己的技术实力，D-Wave在科学期刊《自然》刊登了一篇论文，证明自身芯片拥有某些量子特性。
2015年Google的研究团队发布了一篇论文，比较D-Wave 2X量子计算机与单核心传统计算机在几个量子退火算法问题上的性能差异，结果指出“针对某些特定问题，D-Wave的速度是传统计算机的1亿倍。”因此若以广义的定义来看，D-Wave也可以视为一种量子计算机。
不过，走特殊路线的D-Wave是否比量子闸学派的IBM与Google方法更好？还有待更多应用证明。
至于创立于2013年美国量子计算机创业公司Rigetti，是由IBM的量子运算物理学家所创，除了推出量子芯片，也推出量子计算的云计算服务。
类量子运算的富士通
受到量子计算机技术的启发，日本第一大IT服务供应商富士通（Fujitsu），通过仿真量子退火的计算方式，推出使用数字退火（digital annealing）技术的芯片DAU（Digital Annealing Unit），与服务器产品。
由于富士通使用的是“类量子运算”，工研院产科国际所产业分析师刘美君指出，“若要严格算起来，其技术并不通过量子纠缠与叠加特性，还是采用传统芯片电路优势进行平行运算，并非真正的量子计算机。”
也就是说，富士通产品名称上虽和量子计算机扯上关系，但还不是量子计算机的产品，只能算在传统计算机里的超级计算机。
目前，制造量子芯片技术最主流的学派是采用“超导体材料”。超导体材料的优点在于，制造出来的量子进制执行速度快，也较容易制作出多个量子进制，实现量子纠缠，因此吸引Google与IBM等 科技 公司研发。
除了超导体材料，也可以采用半导体材料制造量子计算机芯片。虽然超导体材料备受关注，但全球产学界对于超导体的技术发展还不像对半导体的成熟，而且半导体和现有的主流芯片制程较为雷同，这也是为什么Intel对于半导体材料技术流派非常支持，而这个流派也与台湾的半导体产业核心能力较接近。
不过，这些技术派别都有自己的优点与缺点，并不是说一种技术方案就比另一种好，最后的发展都还很难说，还未到一个大突破的阶段。
Science
至于量子进制的数量，清大物理系教授牟中瑜强调，“虽然量子进制数量重要，但更重要的是品质。以现行的技术来说，必须有调试机制，才能降低错误率、提升准确度。因此，在实务 *** 作上，一个量子进制需要3到5个，甚至上百个量子进制“备援”。所以“量子霸权”的50个量子进制，在实务 *** 作上可能需要成千上万个量子进制，以提高量子进制的总体品质。”
此外，量子很容易受到电磁波、热辐射等外界干扰，因此技术上还必须让量子维持在量子纠缠的稳定状态，完成测量与运算的时间，这称为相干时间（Coherence Time），目前业界最好的成绩为10的负3次方秒。若相干时间太短，则无法完成有意义的计算，也很难增加正确率。
由此可知，量子计算机技术还在非常早期的阶段，各家利用不同技术发展量子计算机，也因此现阶段当企业推出量子芯片时，光是比较量子进制数并无法公正客观比较各家技术进展，必须抱着更多的怀疑心态看待这个新 科技 。
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