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量子計算機研發:美國領先,但中國急起直追

2021-02-19 21:20日經中文網 日經中文網
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谷歌正在開發的量子計算機
谷歌正在開發的量子計算機

有望給新一代計算機帶來革新的「量子計算機」的研究開發正在全球掀起熱潮。領先者是美國,但最近中國迅速追趕。日本經濟新聞(中文版:日經中文網)以熟悉專利申請和研究資金獲得額等分析的日本Astamuse的數據為基礎,嘗試剖析了主要國家的動向。(延伸閱讀:中美競爭新密碼技術主導權

量子計算機的研究此前以理論和軟體領域為中心,自從生成屬於基本單位的「量子位」的微細加工技術取得進展的2010年前後開始,硬體方面的研究也正式啟動。Astamuse通過調查2009~2018年這10年各國投入的研究經費發現,全球總額達到約80億美元,按國別來看,美國為10億6000萬美元,金額最高。

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在美國,除了自黎明期開始展開研究的麻省理工學院(MIT)之外,近年來加利福尼亞大學和馬里蘭大學等獲得鉅額的研究經費。加利福尼亞大學擁有借助與美國谷歌的共同研究、於2019年首次驗證顯示出超高速計算性能的「量子霸權」的John Martinis教授。該大學獲得的研究經費達到1億3900萬美元,在按研究機構來看的世界排行榜中位列第2位。馬里蘭大學獲得的研究經費為8600萬美元,在上述排行榜中居第6位。

按國別來看,英國為8億3000萬美元,投入了僅次於美國的大量研究經費。該國較早制定了量子計算機的研究計劃,選擇主要大學展開重點投資。以在各研究機構的排行榜中居第1位的牛津大學(獲得的研究經費達到2億7900萬美元)為代表,倫敦大學學院(9700萬美元)排在第5位,約克大學(7400萬美元)排在第7位,在前10個機構中,英國的大學佔據5個席位。

迎頭直追美英的是中國。在中國,以被稱為「量子科技之父」的潘建偉教授所屬的中國科學技術大學(中科大)為核心基地,阿里巴巴等大型IT企業參加了共同研究。中科大獲得的研究經費達到1億300萬美元,躋身全球排行榜的第4位。

潘教授的團隊2020年宣佈繼谷歌之後實現了量子霸權。開發了採用光子的自主方式的量子計算機「九章」。據稱,對於最尖端的超級計算被認為需要6億年才能解答的問題,「九章」僅以200秒成功解答。

中國科技水平以驚人的速度提高,這也讓現在掌握主導權的美國的警惕感加強。與以往力爭建設高速信息通信網和振興奈米技術的時期一樣,美國2018年在以量子計算機為核心的量子信息科學領域敲定了國家戰略,實施了在5年裡最多投入13億美元的美國《國家量子倡議法案》。希望以此守住優勢。

一方面,中國也將量子信息科學列入「國家重點研發計劃」,計劃投入與美國相同水平的研究經費。圍繞量子計算機的中美主導權之爭今後或將日趨激烈。

從其他各國的研究投資來看,澳大利亞為3億美元,排在第4位,第5位是投入2億3000萬美元的日本。澳大利亞擁有很多與美英各大學具有人脈關係的研究者,新南威爾士大學和昆士蘭大學等的量子計算機研究活躍。新南威爾士大學獲得的研究經費達到1億3700萬美元,躋身世界排行的第3位。

日本方面,NEC於1999年取得在世界上首次生成利用超導元件的量子位的成果,為這個領域的研究進展作出貢獻。但是,之後未能取得較大成果,大學的研究規模也較小。Astamuse通過調查2009~2020年獲得日本政府的研究經費(科學研究經費補貼)的機構後發現,獲得金額最多的是東京大學,為10億6000萬日圓,其次是名古屋大學(9億6000萬日圓)和理化學研究所(8億4000萬日圓)。

日本2020年制定了「量子技術創新戰略」,為了避免落後於世界潮流,終於啟動了提出中長期目標的日本國家項目。將圍繞量子計算機、量子加密通信、量子傳感和量子材料這4個領域在主要研究機構設置基地,展開重點投資。日本政府將2020年度的相關預算定為約340億日圓,增至2019年度的2倍,但與中美相比仍顯得遜色。日本今後能否與世界並肩推進研究?相關戰略將成為關鍵。

如果按申請者的所在國觀察量子計算機相關專利的申請件數(對象期間為2001~2018年),美國達到1852件,數量最多,與排在第2位的中國(1354件)一起明顯超過其他國家。日本(590件)居第3位,加拿大(451件)居第4位,韓國(151件)居第5位。

從專利申請較多的機構來看,加拿大的初創企業D-Wave Systems以298件高居首位。其次是IBM(290件)和谷歌(190件)等美國企業。

D-Wave Systems作為2011年率先推出量子計算機的企業而聲名大振。該公司採用了東京工業大學的特聘教授西森秀稔等人1998年開發的名為「量子退火(Quantum annealing)」的方式。從提出方案開始,「量子門方式(Quantum gate)」就被認為在理論上具有萬能性,但存在難以提高量子位的集成度的課題。退火方式用於尋找最佳組合的計算等,用途有限,但具有容易提高集成度的優點。D-Wave於2020年上市的最新機型「advantage」具備超過5000個量子位,發展到現在量子門方式的約100倍的規模。

在日本企業中,除了居第6位的NTT(89件)之外,東芝(76件)和NEC(61件)躋身前十。NEC還向 D-Wave出資,力爭掌握量子計算機和傳統超級計算機相結合的「混合技術」。

量子計算機將對未來的産業和經濟變革産生影響,蘊藏著影響國力的力量。主要國家均將其定位為重要戰略,對於人才的培育和應用開拓等領域,或將持續展開積極投資。

日本經濟新聞(中文版:日經中文網)永田好生

本文轉載自日經中文網,不代表本社立場,第三方未經授權不得轉載或使用

原文請點此:量子計算機研發:美國領先,中國直追

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