与基于取值为0或1的数字比特的经典计算截然不同,量子计算机的量子比特(量子位)可以同时处理比特值0和1。利用这种能力,多个相互作用的量子位可以表示大量的信息;与经典计算机相比,量子处理器中可以同时共存的二进制数成倍增加。即使面对摩尔定律(传统计算机能力每一两年翻一番),只有几百个量子位的大规模纠缠量子态的复杂性也很容易超过经典信息处理的能力。大规模量子计算机有可能比当今最先进的超级计算机运行速度快数百万倍。
利用量子计算能力的国家将能够对包括医疗保健、通信、金融服务和运输在内的广泛行业进行革命性变革。对量子计算的理解对于维护国家安全、商业和私人网络安全也至关重要,因为量子计算机可以破解基于大数分解的传统加密方法。这一点得到了全世界的认可。美国众议院科学、太空与技术委员会在2018年9月13日的一份声明中写道:“量子计算的全球领先地位带来了军事和情报优势,以及许多人预计在未来几十年将成为一个巨大产业的竞争优势。”,当天,众议院一致通过了《国家量子倡议法案》,向一个项目投资12亿美元,其中三分之一的项目由美国国家标准与技术研究所(NIST)提供。
目前,两种技术平台是实现大规模量子计算机的主要候选技术:捕获离子和超导量子位,每种技术都有其优缺点。尽管英国国家量子技术计划迄今为止一直优先考虑离子阱平台,但其他国家(美国、大多数欧洲国家、中国、俄罗斯、加拿大、日本)已经分散了对这两个平台的投资。大多数商业公司(如IBM、谷歌、英特尔、Rigetti、D-Wave、阿里巴巴)专门开发超导处理器。SQC不再仅仅属于基础研究领域,而是已经成为一个工程竞赛。有人把它比作过去的太空竞赛。
近年来,基于超导芯片的量子计算机的成熟速度甚至超过了最大胆的专家预测。如今,每个人都可以在线使用相对小型但不太实用的超导量子计算机。实验室正在测试更大、更强大的超导处理器。由于量子计算的军事和安全影响,一旦这些大规模量子计算机在不久的将来可用,人们就会自满地期望获得不受限制的访问。多快?当超导量子计算机能够比最先进的传统超级计算机更快地解决特定问题时,量子霸权很可能在2020年之前实现,有些人甚至预测今年会实现!
英国科学家在超导领域做出了重要贡献。最近,我们还成功地吸引了许多来自国外的领先SQC研究人员。多年来,我们的工程师已经建立了低温、纳米制造、软件和电子技术基础,足以推动SQC的发展。NPL的SQC测试和评估能力是世界领先的。
本文的主要结论是,我们相信,在国际舞台上,超导技术已经成熟到英国谨慎地将其国家专业知识和设施整合在一起进行协调活动的水平。如果决定在生产工程系统的基础上资助一个有重点、有管理的项目,我们相信这将能够以最高的期望水平为英国提供超导量子计算能力。