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量子計算擁抱更多可能

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量子計算擁抱更多可能



30多年前 ， 物理學家費曼提出利用量子構建計算系統 。 如今 ， 科學家正在驗證這一設想 。 近日 ， 中國計算機學會青年計算機科技論壇發起了一次線上分享會 ， 探討量子計算機的技術發展路線和前景 。
相較傳統性能高
分享會的主講者之一、合肥本源量子計算科技有限責任公司副總裁張輝認為 ， 量子計算并非“玄學” ， 在激光、超導等領域 ， 人們已經廣泛應用了量子的特性 。 不同的是 ， 應用此前多在宏觀層面 ， 量子計算則要在微觀層面上實現控制 ， 這也意味著更大的難度 。
量子計算機在金融分析、藥物研究、材料制備等領域都具有很大優勢 。 然而與超級計算機相比 ， 量子計算機有何特別？
“如果用超級計算機實時規劃最優路線 ， 極限是控制幾百輛汽車 。 未來的智慧交通要同時計算幾十萬輛車的出行路線 ， 在理論上量子計算機能做到 。 ”張輝說 。
經典計算機用0和1儲存與處理數據 。 量子計算機的神奇之處在于 ， 它的基本計算單元——量子比特可以同時是0和1 ， 即允許“疊加態”共存 。 這讓其擁有強大的并行計算能力 。 舉個例子 ， 假如在800萬本書里找一個單詞 ， 經典計算機一本本地搜索 ， 而量子計算機則分身為800萬臺計算機同步搜尋 。 因此有人說 ， 在量子計算機面前 ， 現在的計算機就像算盤 。
大數分解上也是如此 。 曾經有科學家用1600臺計算機 ， 花了8個月的時間 ， 成功分解了一個129位大數的質因數 ， 如果用量子計算機可能只需幾秒鐘的工夫 。
這一理論上的潛力 ， 得到了令人振奮的驗證 。 去年1月 ， IBM發布了全球首款商用量子計算原型機 。 去年10月 ， 谷歌公司宣稱用53位的專用量子芯片解決了一個隨機量子線路采樣的數學問題 。
進步得益于近年來量子計算工程化的推進 。 當前 ， 幾乎所有發達國家都把量子計算當作未來技術制高點 ， 國內外知名的IT公司紛紛涉足量子計算 。 “全球量子計算創業公司超過百家 ， 2019年是量子計算發展高光的一年 。 ”張輝說 。
落地應用挑戰多
量子計算機前景遠大 ， 但落地應用長路漫漫 。
“研發量子計算機 ， 首先要足夠多的量子比特 。 ”騰訊量子實驗室高級研究員鄭亞銳解釋 。 理論上 ， 自然界中一切有量子效應的載體都可用作量子比特 。 鄭亞銳說 ， 一般認為量子比特數量要達到100萬個 ， 量子計算機才能走向實用 。 可當下 ， 工業界還沒有實現控制100個量子比特 。
穩定性是量子計算機落地應用的另一個重要指標 ， 這就要求較長的相干時間 ， 以及非常高的保真度 。 “提高比特數量的同時 ， 又不降低保真度是學術界聚焦的難題 。 ”鄭亞銳提到 。
經過長期探索 ， 科學家發現超導、離子阱、超冷原子、半導體量子點都能夠用于開發量子計算機 。 這些不同的體系 ， 造就了量子計算機不同的技術實現路線 。 “每一個體系都有優缺點 。 ”張輝說 ， 半導體量子點路線操控方便 ， 但相干時間很短；光學或者離子阱路線 ， 相干時間長 ， 但可擴展性相對差 。
目前 ， 多數開發者選擇的是超導和半導體兩條路線 ， 兩者的工程化、工藝化也推進較快 。 開發者希望借助先進的半導體、集成電路工藝 ， 在推進量子計算機研發之時 ， 還為未來量子計算機與經典計算機的潛在融合埋下伏筆 。

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