量子計算機(jī)實現(xiàn)商用仍面臨著巨大挑戰(zhàn)，任重而道遠(yuǎn)

（文章來源：上品悅讀）

量子計算機(jī)可以解決經(jīng)典計算機(jī)無法解決的問題，比如模擬原子的行為。今日量子計算領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一是增加量子位元的數(shù)目。目前，系統(tǒng)中更多的量子位意味著更少的精度。一臺通用量子計算機(jī)可以有效地解決一大堆經(jīng)典計算機(jī)根本無法解決的問題。這樣的機(jī)器可以模擬原子或化學(xué)反應(yīng)的行為，幫助優(yōu)化城市交通流量等問題，或在大量數(shù)據(jù)中尋找“大海撈針”的答案。目前，這些應(yīng)用都是基于推測，估計10-15年后才會成為現(xiàn)實。

然而，一些實驗性的計算機(jī)架構(gòu)正在成為有前途的平臺。一些系統(tǒng)使用超導(dǎo)體來控制電子的狀態(tài)，另一些系統(tǒng)使用光子或離子阱，這是在真空系統(tǒng)中捕獲離子的電場或磁場的組合。每種技術(shù)都有自己的優(yōu)勢和一長串的發(fā)展問題，但整個量子計算機(jī)行業(yè)仍然面臨幾大巨大的挑戰(zhàn)。目前量子計算仍處于實驗階段，在真正的應(yīng)用出現(xiàn)之前，研究人員必須那些巨大的挑戰(zhàn)，而那些宣稱量子計算機(jī)很快就得到商用的一定是虛假的。

在2018年，沒有一家公司能夠提供商業(yè)上有用的通用量子計算機(jī)。德國亞琛工業(yè)大學(xué)的亨德里克布盧姆表示：“如果你看到量子計算領(lǐng)域的大公司的推銷詞，你會發(fā)現(xiàn)它們過分強(qiáng)調(diào)了量子計算的發(fā)展?fàn)顩r及其實用性?！?/p>

有些人公布量子位元數(shù)，卻不公布任何表現(xiàn)，其他人則在積極地推銷量子計算機(jī)的商業(yè)可行性，盡管目前已被證實的量子計算的應(yīng)用程序數(shù)量為零。目前，通往量子計算的道路有兩條，要么是讓量子處理器增強(qiáng)經(jīng)典數(shù)字計算機(jī)的混合系統(tǒng)，要么是模擬量子模擬器，利用量子的奇特性質(zhì)來執(zhí)行非常具體的任務(wù)。真正的通用量子計算機(jī)比目前正在開發(fā)的系統(tǒng)要復(fù)雜一個數(shù)量級。

“小型超導(dǎo)量子計算機(jī)已經(jīng)投入使用?！绷孔硬牧吓c技術(shù)中心的研究員說。然而，他們?nèi)匀粵]有達(dá)到量子計算的至高境界，在這一點上量子計算機(jī)可以超越經(jīng)典的超級計算機(jī)，即便是超導(dǎo)計算機(jī)也會大大遜色于量子計算機(jī)。盡管量子計算的資金不斷涌入，但缺乏可靠的性能，盡管真實世界造出量子計算的應(yīng)用程序似乎并不是問題，但這些問題需要在不久的將來得到解決，以確保資金不會進(jìn)一步枯竭。

量子計算機(jī)能力的核心是量子比特。經(jīng)典的計算機(jī)比特總是以1或0的形式編碼，量子位可以以0和1的疊加形式存在。單量子位系統(tǒng)在20年前首次被演示，從那時起，它們的性能有了顯著的提高。布魯漢姆說：“這里的一個挑戰(zhàn)是將獨立的、可控制的系統(tǒng)隔離得足夠好，使它們滿足保真度要求?！薄拔艺J(rèn)為可以公平地說，這已經(jīng)解決了單個量子位的問題，這就是為什么這個領(lǐng)域現(xiàn)在受到如此多的關(guān)注?！?/p>

然而，為了利用量子計算的潛力，你需要有多個量子位元的系統(tǒng)。這些相互作用的量子比特可以用于完成簡單的邏輯計算但不能完成單量子比特或經(jīng)典處理器，目前谷歌和IBM努力增加量子位的數(shù)量已經(jīng)表明，當(dāng)你添加更多的量子位，系統(tǒng)的準(zhǔn)確性變得越少，這種準(zhǔn)確性的誤差非常大，與人們的預(yù)期相差一到兩個數(shù)量級。

噪聲是構(gòu)建通用量子計算機(jī)的主要挑戰(zhàn)之一。量子態(tài)是如此微妙，以至于最輕微的環(huán)境擾動都可能導(dǎo)致錯誤，從而使整個計算變得毫無用處。

第一個糾錯代碼是在90年代初開發(fā)的，它不是很穩(wěn)健，容忍每100次操作產(chǎn)生一次錯誤，但是這種糾錯制度已經(jīng)不合適了，百分之一的犯錯率足以讓今天的計算系統(tǒng)癱瘓，另外我們更希望計算系統(tǒng)能夠自動糾錯，自我檢查錯誤，希望能在錯誤發(fā)生之前盡快糾正錯誤，這就能讓計算機(jī)變得更加智能化。

我們知道目前關(guān)于量子計算的軟件和應(yīng)用程序并沒有開發(fā)出來，但更缺乏隨時可用的高級硬件，這是所有量子計算體系結(jié)構(gòu)的真正障礙。我們不可能去一家公司購買離子阱，因為沒有哪家公司能造出來性能穩(wěn)健的硬件。

總有一天，商用量子計算機(jī)可能會出現(xiàn)，在計算機(jī)領(lǐng)域我們更關(guān)心的話題是計算機(jī)的性能、速度和可承受性。目前，所有的計算機(jī)系統(tǒng)必須首先證明基本的可行性，量子計算機(jī)也不例外，只有在最基本的性能、速度方面過關(guān)了才能贏得大眾的信任。這意味著量子計算與半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)將有更緊密的聯(lián)系，研究人員也要補(bǔ)充半導(dǎo)體制造知識，這將導(dǎo)致量子位制造帶來更大的突破，帶來更大的可靠性。
（責(zé)任編輯：fqj）