关于量子计算，你应该知道的七个事实

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来源：资本实验室

作者：李鑫

在很多人眼中，量子计算机被认为能够完成经典计算机所不能完成的任务。

事实上，如果量子计算机缺乏足够数量的处理单元，即量子比特，以及足够的稳定性来做有用的工作，这些好处就仍然只是理论上的。

目前，全球少数国家和地区，包括美国、中国、欧盟与日本，以国防、军工、科研部门为代表的力量都在量子计算领域发力，并带动了该领域的投资增长。

与此同时，从IBM、谷歌、英特尔到国内的百度、阿里巴巴、腾讯，大公司也正在加大该领域研发与商用探索的力度。

例如，IBM开发出了一台50量子比特的量子计算原型机，Google也推出了一款72量子比特的芯片。但是，这些产品要成为真正有用的设备，挑战犹存。

近期，IBM的两位科学家就量子计算机的总体趋势、能解决的问题，与经典计算机的关系，以及当前面临的挑战发表了自己的看法。

这些看法有助于我们对量子计算机形成更为清晰的认识，同时帮助我们对这一科学应用的前沿保持一份敬畏之心。

1.量子计算机不会取代经典计算机

IBM英国与爱尔兰首席技术官Andy Stanford Clark表示：“量子计算机永远无法运行if/then/else类型的逻辑，这是我们所熟悉的从一个步骤到另一个步骤，也就是传统冯诺依曼结构的计算机所采用的逻辑。”

2.量子计算机擅长解决优化问题

Stanford Clark认为：“当你有一个指数级的排列数需要运算时，量子计算机真的很擅长解决这些问题。”

“例如，如果你正在优化飞机路线的里程，或者优化铁路网络的备件布局，那就有2的n次方种可能性，你必须尝试每一种可能性以找到最佳的解决方案。

“如果你有一个2的100次方种可能性的问题，经典计算机将难以胜任。而在一台100量子比特的量子计算机上，你在一次操作中就能解决它。”

IBM超导量子比特量子计算的技术领导人Stefan Filipp说：“我们知道一些可以实现指数加速的算法。例如，量子化学或材料科学问题、计算分子的性质，都是量子计算机可以帮助解决的。”

3.量子计算机将扩展经典计算机

Stanford Clark说：“我们不会看到人们扔掉他们所有的经典计算机，并用量子计算机取代它们，”

“我们将看到，就像你的经典计算机上有一个数学协处理器（maths co-processor）和一个GPU一样……在你的经典计算机旁也将有一个量子计算机协处理器。”

“当你必须解决一些大规模的指数问题的时候，你可以把它打包，扔到量子协处理器上，它会注解答案，然后你会继续用你的经典算法来获得你的答案。”

4.我们需要50到60个量子比特的计算机来做有用的工作

Stanford Clark说：“量子计算机取代经典计算机的关键点是50到60个量子比特。……当我们达到50量子比特的水平，我们能够做出有用的计算。”

5.构建可工作量子计算机并非易事

Stanford Clark说：“我们目前有一个50量子比特的计算机原型，但问题是量子相干性，……这意味着你不能用你的50个量子比特来完成很多有用的事情，所以我们还有一段路要走。”

Filipp补充说：“挑战在于，让硬件达到我们可以使用它并运行实用算法的水平。”

“这意味着我们不仅要增加量子比特的数量，而且必须增加相干性。我们必须改进这一点，以便我们能够解决实际算法。”

“我们有一个提升相干性的路线图，但在实际的量子计算机中仍然是一个重大的挑战。”

6.我们不知道如何编写有用的量子软件

Stanford Clark说：“目前我们还不知道如何编写量子计算机的复杂算法，因为我们已经如此习惯于使用经典计算机。”

“我们只是没有经验，试图去用量子计算机解决我们曾用经典计算机解决的问题。”

7.量子计算机需要纠错

“量子比特内部也存在容错，”Stanford Clark补充说，量子计算机需要相当于传统计算机中发现的错误校验奇偶位。

“在量子计算机中，你需要同样的技术，这样我们就可以检测到一个比特在无意中翻转或出现在错误的状态，而错误可以被校正。”