量子計算機就要來了 它真的能改變世界嗎？

• 2018年3月8日 ZhouXun來源：網(wǎng)易科技 1037 66
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  2018-2023年壓力敏感器件行業(yè)深度分析及發(fā)展趨勢研究報告

  壓力敏感器件行業(yè)研究報告旨在從國家經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略入手，分析壓力敏感器件未來的政策走向和監(jiān)管體制的發(fā)展趨勢，挖掘壓力敏感器件行業(yè)的市場潛力，基于重點細(xì)分市場領(lǐng)域的深度研究，提供...

量子計算機的理論運行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出任何傳統(tǒng)的超級計算機。這種計算機或?qū)⑹沟萌藗冊谠訉用鎸ξ镔|(zhì)狀態(tài)進行模擬成為可能。

在位于紐約市以北約50英里處僻靜鄉(xiāng)村中的一個小型實驗室內(nèi)，天花板下纏繞著錯綜復(fù)雜的管線和電子設(shè)備。這一堆看似雜亂無章的設(shè)備是一臺計算機。它與世界上的任何一臺計算機都有所不同，而是一個即將開創(chuàng)歷史的里程碑式設(shè)備。

量子計算機的理論運行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出任何傳統(tǒng)的超級計算機。這種計算機或?qū)⑹沟萌藗冊谠訉用鎸ξ镔|(zhì)狀態(tài)進行模擬成為可能，從而可以重塑新材料技術(shù);它們也可以通過無窮的算例破解現(xiàn)有的任何加密算法，重新定義網(wǎng)絡(luò)安全;它們甚至能夠通過對海量數(shù)據(jù)的有效地處理來增強人工智能的水平。

然而到現(xiàn)在，經(jīng)過幾十年的逐步發(fā)展，研究人員終于離打造出真正的量子計算機無限接近了，其強大的功能足以打敗任何傳統(tǒng)意義上的計算機，這就是具有里程碑意義的“量子霸權(quán)”(quantum supremacy)。目前來看，谷歌在該領(lǐng)域一直處于領(lǐng)導(dǎo)地位，而諸如英特爾和微軟等公司也都在努力前進，而包括Rigetti Computing，IonQ和Quantum Circuits等有雄厚資金支持的創(chuàng)業(yè)公司也在迎頭趕上。

但是在量子計算領(lǐng)域，沒有誰能夠和IBM相匹敵沒。早在50年前，IBM在材料科學(xué)方面取得了成績就奠定了計算機革命的基礎(chǔ)。這就是我為什么會在去年10月來到IBM的托馬斯·J·沃森(Thomas J. Watson)研究中心去嘗試尋找這些問題的答案：量子計算機到底有什么好處?我們是否可以打造一款實用的，可靠的量子計算機?

為什么說我們需要量子計算機

托馬斯·J·沃森(Thomas J. Watson)研究中心位于美國的約克敦海茨(York-town Heights)，整個建筑的外觀看起來有點像上世紀(jì)60年代的飛碟想象圖。這座建筑由新未來主義建筑師小沙里寧(Eero Saarinen)設(shè)計，并在IBM大型機業(yè)務(wù)的鼎盛時期建造。當(dāng)時IBM是世界上最大的電腦公司，在研究中心落成的十年內(nèi)，它已成為全球第五大公司，僅位于福特和通用電氣之后。

雖然站在建筑物的走廊里可以看到鄉(xiāng)村景色，但所有辦公室都沒有窗戶。我在其中的一間密室里見到了這是在我遇見查爾斯·貝內(nèi)特(Charles Bennett)的其中一間臥室里?，F(xiàn)年70多歲的貝內(nèi)特兩鬢斑白，身處舊電腦顯示器和各種化學(xué)模型的包圍之中。他回想起量子計算就像是剛剛發(fā)生在昨天一樣。

當(dāng)貝內(nèi)特于1972年加入IBM時，量子物理學(xué)的發(fā)展已經(jīng)有半個世紀(jì)的歷史，但整個計算科學(xué)仍然依賴于經(jīng)典物理學(xué)和克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)(Claude Elwood Shannon )于20世紀(jì)50年代在麻省理工學(xué)院開發(fā)的信息數(shù)學(xué)理論。香農(nóng)根據(jù)存儲數(shù)據(jù)所需的“比特”數(shù)量(這是一個他普及但沒有確定的術(shù)語)來定義信息量。這些比特，也就是二進制碼的0和1是所有常規(guī)計算科學(xué)的基礎(chǔ)。

在抵達約克敦海茨一年后，貝內(nèi)特幫助奠定了量子信息理論的基礎(chǔ)，這將會挑戰(zhàn)傳統(tǒng)計算科學(xué)。它以原子尺度上物體的特殊性質(zhì)為基礎(chǔ)。在這個微觀尺度下，粒子可以一次顯現(xiàn)出許多種狀態(tài)(例如，許多不同的位置)，也就是“疊加”態(tài)。兩個粒子也可能表現(xiàn)出“量子糾纏”，因此改變一個粒子的狀態(tài)可能會瞬間影響到另一個粒子。

貝內(nèi)特和其他人意識到，在量子現(xiàn)象的幫助下，可以有效地執(zhí)行幾種耗時甚至不可能的計算。量子計算機會將信息存儲在所謂的量子比特，也就是量子位中。量子比特可以以1和0疊加的形式存在，并且可以使用量子糾纏和量子干涉來找到指數(shù)級大數(shù)據(jù)計算的解決方案。但是目前還難以比較量子計算機相比于經(jīng)典計算機到底有多大的計算優(yōu)勢，但粗略地說，只有幾百個量子比特的量子計算機能夠同時執(zhí)行的計算量要比已知宇宙中的原子數(shù)量更多。

1981年夏，IBM和麻省理工學(xué)院組織了一次名為計算物理第一次會議(First Conference on the Physics of Computation)的里程碑式活動。會議在距離麻省理工學(xué)院校園不遠(yuǎn)的法國風(fēng)格大廈Endicott House召開。

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