量子计算的研究人员们，准备好了吗！据《科学》报道，美国能源部（DOE）近日宣布，将资助一项耗资2.15亿美元的竞赛，各参赛团队将竞相在2028年前研发出一台具有科学实用价值、具备错误校正功能的量子计算机。能源部预计支持3到10支团队，而要获得全额资金支持，各团队必须在研发过程中达到一系列性能里程碑目标。

美国能源部官员认为，到2028年，美国研究人员成功研制出实用且具备纠错功能的量子计算机的可能性为50%。图片来源：iStock

“这项竞赛体现了我们数十年来对基础科学研究的支持与投入。” DOE科学副部长Darío Gil在9月16日举行的新闻发布会上表示，“投资会催生令人惊叹的技术和能力，现在我们正处在这样的时刻。”

量子计算机将利用量子力学的奇特规律，解决某些传统超级计算机无法处理的计算难题，例如破解特定加密方案以及解析分子结构。它将通过将问题的多种潜在解编码为不同的量子波，这些量子波同时在所谓的“量子比特”中波动。量子比特是传统计算机中微观开关（即比特）的量子对应物。

研究人员已利用悬浮在激光光束中的单个原子、微芯片上捕获的离子、由超导金属制成的微型谐振电路以及其他技术来构建量子比特。当这些量子比特的状态被精确设定时，代表错误解的波会相互抵消，而代表正确解的波则会突出显现。

然而，量子比特的状态十分脆弱，容易受到环境干扰。为了防止这种干扰，研究人员采用一种方案，将单个“逻辑”量子比特的状态分散到多个物理量子比特上，从而使该逻辑量子比特能够比任何物理量子比特更长时间地保持其状态。如果这种纠错机制能将逻辑量子比特的错误降至可忽略的程度，那么量子计算机就具备了容错能力。

美国联邦机构和私营企业已投入数十亿美元用于量子计算，并已研制出包含数百个量子比特的机器。但Gil表示，技术进步已经足以实现更大规模、功能更强的设备。DOE设想建造一台具备100到200个逻辑量子比特的容错机器，这可能需要数千个物理量子比特。Gil承认，到2028年建成这样一台前所未有的机器将面临巨大挑战。

DOE科学办公室高级科研计算研究主管、量子信息科学负责人Tanner Crowder表示，每个获奖团队都必须说明如何验证其机器的量子性能，展示原型机，并实现可扩展的、具有科学实用价值的计算。“我们的目标不是拥有一堆无法完成实际任务的量子比特。” Crowder说，“我们希望看到这些量子计算机真正完成有意义的科学计算。”

DOE将很快发布一项资助机会公告，并希望在12月前选出相关团队。