在很多人眼中，量子計(jì)算機(jī)被認(rèn)為能夠完成經(jīng)典計(jì)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(jí)

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

事實(shí)上，如果量子計(jì)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(lái)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(guó)家和地區(qū)，包括美國(guó)、中國(guó)、歐盟與日本，以國(guó)防、軍工、科研部門為代表的力量都在量子計(jì)算領(lǐng)域發(fā)力，并帶動(dòng)了該領(lǐng)域的投資增長(zhǎng)。

與此同時(shí)，從IBM、谷歌、英特爾到國(guó)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(kāi)發(fā)出了一臺(tái)50量子比特的量子計(jì)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(jì)算機(jī)的總體趨勢(shì)、能解決的問(wèn)題，與經(jīng)典計(jì)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(duì)量子計(jì)算機(jī)形成更為清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)幫助我們對(duì)這一科學(xué)應(yīng)用的前沿保持一份敬畏之心。

1.量子計(jì)算機(jī)不會(huì)取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)

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

2.量子計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)解決優(yōu)化問(wèn)題

Stanford Clark認(rèn)為：“當(dāng)你有一個(gè)指數(shù)級(jí)的排列數(shù)需要運(yùn)算時(shí)，量子計(jì)算機(jī)真的很擅長(zhǎng)解決這些問(wèn)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(gè)2的100次方種可能性的問(wèn)題，經(jīng)典計(jì)算機(jī)將難以勝任。而在一臺(tái)100量子比特的量子計(jì)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(jì)算的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)人說(shuō)：“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(wèn)題、計(jì)算分子的性質(zhì)，都是量子計(jì)算機(jī)可以幫助解決的。”

3.量子計(jì)算機(jī)將擴(kuò)展經(jīng)典計(jì)算機(jī)

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

“我們將看到，就像你的經(jīng)典計(jì)算機(jī)上有一個(gè)數(shù)學(xué)協(xié)處理器（maths co-processor）和一個(gè)GPU一樣……在你的經(jīng)典計(jì)算機(jī)旁也將有一個(gè)量子計(jì)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(wèn)題的時(shí)候，你可以把它打包，扔到量子協(xié)處理器上，它會(huì)注解答案，然后你會(huì)繼續(xù)用你的經(jīng)典算法來(lái)獲得你的答案?！?/p>

4.我們需要50到60個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)來(lái)做有用的工作

Stanford Clark說(shuō)：“量子計(jì)算機(jī)取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)是50到60個(gè)量子比特。……當(dāng)我們達(dá)到50量子比特的水平，我們能夠做出有用的計(jì)算。”

5.構(gòu)建可工作量子計(jì)算機(jī)并非易事

Stanford Clark說(shuō)：“我們目前有一個(gè)50量子比特的計(jì)算機(jī)原型，但問(wèn)題是量子相干性，……這意味著你不能用你的50個(gè)量子比特來(lái)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(shuō)：“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(gè)提升相干性的路線圖，但在實(shí)際的量子計(jì)算機(jī)中仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)?！?/p>

6.我們不知道如何編寫有用的量子軟件

Stanford Clark說(shuō)：“目前我們還不知道如何編寫量子計(jì)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(jì)算機(jī)?！?/p>

“我們只是沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，試圖去用量子計(jì)算機(jī)解決我們?cè)媒?jīng)典計(jì)算機(jī)解決的問(wèn)題?！?/p>

7.量子計(jì)算機(jī)需要糾錯(cuò)

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

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