量子計(jì)算機(jī)到底有多強(qiáng)_先弄明白它的工作原理再來(lái)評(píng)價(jià)

昨天，中科院召開(kāi)發(fā)布會(huì)正式宣布：“世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)在中國(guó)誕生”。

這件事當(dāng)然要點(diǎn)贊，不過(guò)也要有正確的姿勢(shì)。

幾個(gè)要點(diǎn)

有人在激動(dòng)之余，把這件事理解為“世界第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)誕生”，這顯然就不對(duì)了。也沒(méi)有正確理解中科大潘建偉、陸朝陽(yáng)、朱曉波和浙大王浩華等教授，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期攻關(guān)獲得的這一成果。

中國(guó)這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)性能如何？通過(guò)公開(kāi)信息可見(jiàn)：

■ 目前只有一個(gè)單光子的量子模擬機(jī)，并且證明了通過(guò)量子計(jì)算的并行性加速求解線性方程組的可行性。

■ 這個(gè)科研用的模擬機(jī)，性能比人類第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（1946年誕生）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（1954年誕生）快10-100倍。

實(shí)際上，這件事的突破之處體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1、 高效率多光子玻色采樣

在玻色采樣這個(gè)問(wèn)題上，量子算法有著指數(shù)級(jí)的優(yōu)勢(shì)。潘建偉團(tuán)隊(duì)制造出一臺(tái)專門計(jì)算玻色采樣的光量子計(jì)算機(jī)，在計(jì)算三光子、四光子、五光子玻色采樣問(wèn)題時(shí)，計(jì)算速度比國(guó)外同行和早期計(jì)算機(jī)要快。

2、超導(dǎo)電路中實(shí)現(xiàn)10比特糾纏和并行邏輯運(yùn)算

就目前已經(jīng)公開(kāi)的情況看，是超導(dǎo)量子系統(tǒng)中最多的比特糾纏數(shù)，這在全世界也是處于領(lǐng)先的水平。

3、使用超導(dǎo)量子處理器求解線性方程組

在四個(gè)超導(dǎo)量子比特上，證明了通過(guò)量子計(jì)算的并行性加速求解線性方程組的可行性。

先說(shuō)到這里，懂的自然懂，不懂的應(yīng)該還是不懂……有專業(yè)人士給了量子位一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)：是個(gè)很棒的成果，但仍然需要冷靜看待。

基本原理和現(xiàn)狀概況

昨天不少讀者在后臺(tái)留言，希望解釋一下量子計(jì)算機(jī)。那么，接下來(lái)量子位就強(qiáng)行講講量子計(jì)算機(jī)。

目前量子計(jì)算機(jī)有很多實(shí)現(xiàn)的方法，上面潘建偉團(tuán)隊(duì)使用的就是超導(dǎo)+多光子的方法。除此以外，還有半導(dǎo)體量子芯片和離子阱等等路徑。

為了制造量子計(jì)算機(jī)，谷歌、IBM想出的辦法是用超導(dǎo)回路，深耕半導(dǎo)體行業(yè)幾十年的英特爾希望用傳統(tǒng)的硅晶體管，而一家名為ionQ的公司則是使用離子。

核心原理無(wú)非一個(gè)：進(jìn)入量子力學(xué)奇怪和反直覺(jué)的世界（包括疊加態(tài)以及糾纏、隧穿），加快計(jì)算速度。

與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用0或者1的比特來(lái)存儲(chǔ)信息不同，量子計(jì)算機(jī)使用量子比特來(lái)存儲(chǔ)信息。量子比特存儲(chǔ)的信息可能是0、可能是1，或者有可能既是0也是1。

量子力學(xué)認(rèn)為，微觀物體可以處于一種“似是而非”的狀態(tài)，即一個(gè)原子可以同時(shí)處于兩種狀態(tài)。

1個(gè)量子比特可以存儲(chǔ)2種狀態(tài)的信息，也就是0和1；2個(gè)量子比特就可以存儲(chǔ)4種狀態(tài)的信息，3個(gè)8種，4個(gè)16種。

量子計(jì)算機(jī)的性能隨著“量子比特”的增加呈指數(shù)增長(zhǎng)，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)按“比特位”呈線性增長(zhǎng)?？傆心敲匆粋€(gè)臨界點(diǎn)，量子計(jì)算機(jī)的性能就會(huì)超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

雖然量子計(jì)算機(jī)看似美好，但目前還有許多挑戰(zhàn)，最大的問(wèn)題在于這些計(jì)算機(jī)的精度相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)在是低太多了。一些微小的擾動(dòng)，都可能帶來(lái)極大的破壞。

不久前，在IBM在和ionQ公司的一次量子計(jì)算機(jī)大比拼中，兩家開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)分別只有35%和77%的運(yùn)算正確率。

這還只是5個(gè)量子比特的情況，如果是有成千上萬(wàn)個(gè)量子比特，那量子計(jì)算機(jī)恐怕根本不可能得到正確的結(jié)果。

而且5個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)現(xiàn)階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于我們手中的筆記本電腦。

長(zhǎng)什么樣？舉個(gè)栗子

說(shuō)一千道一萬(wàn)，量子計(jì)算機(jī)到底社么樣？我們來(lái)舉一個(gè)真實(shí)的“栗子”：D-Wave。這家加拿大公司是量子計(jì)算機(jī)界一個(gè)充滿爭(zhēng)議的明星。

D-Wave開(kāi)發(fā)出了世界上第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)。年初，他們推出可以處理2000量子比特的第四代產(chǎn)品：2000Q，售價(jià)超過(guò)1億元人民幣。