从《少数派报告》到《流浪地球2》，现实世界的量子计算机是什么样的？

《流浪地球2》这样一部硬核科幻片火爆春节档之后，作为“幕后黑手”的MOSS 展现出了人类对高性能计算机的想象。 

对于高性能计算机的想象

20世纪50年代作为科幻黄金时代，涌现出一大批流传至今的科幻作家和他们的科幻作品，在当时流行的反乌托邦题材或者赛博朋克主题中，有一类问题经常被拿出来讨论：如何界定强人工智能与人类之间的区别。

菲利普迪克在《少数派报告》中就提出了一个问题，用计算机来判断一个人有罪是否正确；他的另一部作品《仿生人会梦见电子羊吗？》没有给出具体答案，只是假借“默瑟主义”引出了更大的疑惑。这部作品与2019年上映的《流浪地球》背景类似，地球将要遇到巨大的环境变化导致人类无法生存，而人类需要寻找新的生存方式。

此外，诸如阿西莫夫，海因莱茵，刘慈欣等科幻作家都写过这类题材。

在这些作品中，远超经典计算机算力的超高性能计算机都扮演了重要的角色，他们是驱动这些强人工智能的“心脏”。从技术上来说，量子计算机是现在人类最有可能实现的超高性能计算机方案。

最近大火的《流浪地球2》中，550系列量子计算机贯穿整个故事，名为“MOSS”的550W型计算机甚至有“大反派”的角色设定，留下暗线，埋下结尾的伏笔。诚然，科幻作品需要一些超前的科技成分，人类目前也没有“MOSS”级别的量子计算机，我们暂时不用担心量子计算机会加害人类，那么现实中的量子计算机到底是什么样的？

目前的量子计算机水平

从技术路线上来说，量子计算机按照物理体系大致可分为超导、半导体量子点、拓扑、离子阱、光量子等类别，以现有的量子计算发展水平来说，《流浪地球2》中的550系列很有可能基于超导、半导体量子点或者光量子这三个中的一个。

电影中的550系列看上去即插即用，在月球和水下等各种恶劣环境都能使用，似乎采用的是不需要制冷设备的光量子路线。但是，影片里展示的550W研发场景时，马兆身后有一台巨大的稀释制冷机，似乎550系列走的又是超导或半导体量子点路线。

也许在这部科幻电影中，技术的发展已经让制冷设备的体积大大缩小了也未可知。

值得一提的是，在《流浪地球2》中介绍550系列时提到了它采用了来自欧洲的技术。

现实中，欧盟在2018年启动了量子旗舰项目，投入达10亿欧元。其中正在进行的重点项目 OpenSuperQ 旨在研发具有100个量子比特的量子计算机。

本项目集结了欧盟最顶尖的科研团队。Zurich Instruments （苏黎世仪器）是这一项目参与方之一，是唯一的负责提研发温电子系统的厂商。

Zurich Instruments （苏黎世仪器）的第二代量子计算控制系统具有更高的可扩展性和同步精度，响应更快，专用性更强，可以帮助科研人员更快地迭代升级量子芯片设计和更广泛的探索量子计算的应用。

除了 OpenSuperQ 项目外，Zurich Instruments （苏黎世仪器）还参与了许多其他的量子计算机项目：

• MUNIQC-SC 项目——本项目计划研发一台能够运行实用NISQ(含噪声的中型量子)类型的算法的100量子比特以上的超导量子计算机。Zurich Instruments （苏黎世仪器） 德国负责研发适用于三维量子芯片的高保真的读取方案，并且支持量子处理器的自动化校准。

• QSolid项目——本项目持续5年，预算达7600万欧元。Zurich Instruments （苏黎世仪器） 研发负责量子操控系统的，优化大带宽的通信数据传输协议。

• SuperQuLAN 项目——本项目旨在建立量子计算机的本地网络，实现量子计算机的集群。Zurich Instruments （苏黎世仪器）是这一项目的产业合作伙伴。

MOSS 离我们有多远？

电影里，MOSS 自报家门，自己的性能达到了8192个量子体积。

据报道，2022年5月，IBM 在基于27个超导量子的平台上实现了512量子体积；霍尼韦尔基于离子阱实现了具有20个量子比特，量子体积已经达到8192。

虽然这个数字上已经跟电影里一样了，但是霍尼韦尔的那一套只能运转一个算法，相比于MOSS那样的通用量子计算机，算力水平上还相距甚远。

因为算力有限，当下的量子计算机还不具备具有重大意义的应用，具有商用价值的量子计算机还没有问世。

现有的各种路线——离子阱或超导量子——都面临着不同的技术挑战。例如，在超导量子计算方向上，科研人员正在寻求提升量子门操控的保真度的方式，尝试量子纠错的算法，创新量子比特操控和读取的方法。

如果非要问多久才能实现, 目前还真不知道答案。只能说相比于550W，现在的这些量子设备只能说都是些“大玩具”罢了。