量子計算你了解多少？你應(yīng)該知道的七個事實(shí)詳細(xì)概述

在很多人眼中，量子計算機(jī)被認(rèn)為能夠完成經(jīng)典計算機(jī)所不能完成的任務(wù)。

聚焦前沿科技創(chuàng)新與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級

在很多人眼中，量子計算機(jī)被認(rèn)為能夠完成經(jīng)典計算機(jī)所不能完成的任務(wù)。

事實(shí)上，如果量子計算機(jī)缺乏足夠數(shù)量的處理單元，即量子比特，以及足夠的穩(wěn)定性來做有用的工作，這些好處就仍然只是理論上的。

目前，全球少數(shù)國家和地區(qū)，包括美國、中國、歐盟與日本，以國防、軍工、科研部門為代表的力量都在量子計算領(lǐng)域發(fā)力，并帶動了該領(lǐng)域的投資增長。

與此同時，從IBM、谷歌、英特爾到國內(nèi)的百度、阿里巴巴、騰訊，大公司也正在加大該領(lǐng)域研發(fā)與商用探索的力度。

例如，IBM開發(fā)出了一臺50量子比特的量子計算原型機(jī)，Google也推出了一款72量子比特的芯片。但是，這些產(chǎn)品要成為真正有用的設(shè)備，挑戰(zhàn)猶存。

近期，IBM的兩位科學(xué)家就量子計算機(jī)的總體趨勢、能解決的問題，與經(jīng)典計算機(jī)的關(guān)系，以及當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)發(fā)表了自己的看法。

這些看法有助于我們對量子計算機(jī)形成更為清晰的認(rèn)識，同時幫助我們對這一科學(xué)應(yīng)用的前沿保持一份敬畏之心。

1.量子計算機(jī)不會取代經(jīng)典計算機(jī)

IBM英國與愛爾蘭首席技術(shù)官Andy Stanford Clark表示：“量子計算機(jī)永遠(yuǎn)無法運(yùn)行if/then/else類型的邏輯，這是我們所熟悉的從一個步驟到另一個步驟，也就是傳統(tǒng)馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機(jī)所采用的邏輯?！?/p>

2.量子計算機(jī)擅長解決優(yōu)化問題

Stanford Clark認(rèn)為：“當(dāng)你有一個指數(shù)級的排列數(shù)需要運(yùn)算時，量子計算機(jī)真的很擅長解決這些問題?！?/p>

“例如，如果你正在優(yōu)化飛機(jī)路線的里程，或者優(yōu)化鐵路網(wǎng)絡(luò)的備件布局，那就有2的n次方種可能性，你必須嘗試每一種可能性以找到最佳的解決方案。

“如果你有一個2的100次方種可能性的問題，經(jīng)典計算機(jī)將難以勝任。而在一臺100量子比特的量子計算機(jī)上，你在一次操作中就能解決它?！?/p>

IBM超導(dǎo)量子比特量子計算的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)人說：“我們知道一些可以實(shí)現(xiàn)指數(shù)加速的算法。例如，量子化學(xué)或材料科學(xué)問題、計算分子的性質(zhì)，都是量子計算機(jī)可以幫助解決的?！?/p>

3.量子計算機(jī)將擴(kuò)展經(jīng)典計算機(jī)

Stanford Clark說：“我們不會看到人們?nèi)拥羲麄兯械慕?jīng)典計算機(jī)，并用量子計算機(jī)取代它們，”

“我們將看到，就像你的經(jīng)典計算機(jī)上有一個數(shù)學(xué)協(xié)處理器（maths co-processor）和一個GPU一樣……在你的經(jīng)典計算機(jī)旁也將有一個量子計算機(jī)協(xié)處理器?！?/p>

“當(dāng)你必須解決一些大規(guī)模的指數(shù)問題的時候，你可以把它打包，扔到量子協(xié)處理器上，它會注解答案，然后你會繼續(xù)用你的經(jīng)典算法來獲得你的答案?！?/p>

4.我們需要50到60個量子比特的計算機(jī)來做有用的工作

Stanford Clark說：“量子計算機(jī)取代經(jīng)典計算機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)是50到60個量子比特?！?dāng)我們達(dá)到50量子比特的水平，我們能夠做出有用的計算?！?/p>

5.構(gòu)建可工作量子計算機(jī)并非易事

Stanford Clark說：“我們目前有一個50量子比特的計算機(jī)原型，但問題是量子相干性，……這意味著你不能用你的50個量子比特來完成很多有用的事情，所以我們還有一段路要走。”

Filipp補(bǔ)充說：“挑戰(zhàn)在于，讓硬件達(dá)到我們可以使用它并運(yùn)行實(shí)用算法的水平?！?/p>

“這意味著我們不僅要增加量子比特的數(shù)量，而且必須增加相干性。我們必須改進(jìn)這一點(diǎn)，以便我們能夠解決實(shí)際算法?！?/p>

“我們有一個提升相干性的路線圖，但在實(shí)際的量子計算機(jī)中仍然是一個重大的挑戰(zhàn)。”

6.我們不知道如何編寫有用的量子軟件

Stanford Clark說：“目前我們還不知道如何編寫量子計算機(jī)的復(fù)雜算法，因?yàn)槲覀円呀?jīng)如此習(xí)慣于使用經(jīng)典計算機(jī)?！?/p>

“我們只是沒有經(jīng)驗(yàn)，試圖去用量子計算機(jī)解決我們曾用經(jīng)典計算機(jī)解決的問題。”

7.量子計算機(jī)需要糾錯

“量子比特內(nèi)部也存在容錯，”Stanford Clark補(bǔ)充說，量子計算機(jī)需要相當(dāng)于傳統(tǒng)計算機(jī)中發(fā)現(xiàn)的錯誤校驗(yàn)奇偶位。

“在量子計算機(jī)中，你需要同樣的技術(shù)，這樣我們就可以檢測到一個比特在無意中翻轉(zhuǎn)或出現(xiàn)在錯誤的狀態(tài)，而錯誤可以被校正?！?/p>