量子計(jì)算機(jī)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(shì)研究報(bào)告

  壓力敏感器件行業(yè)研究報(bào)告旨在從國家經(jīng)濟(jì)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(shì)，挖掘壓力敏感器件行業(yè)的市場(chǎng)潛力，基于重點(diǎn)細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域的深度研究，提供...

量子計(jì)算機(jī)的理論運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出任何傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)或?qū)⑹沟萌藗冊(cè)谠訉用鎸?duì)物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)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(gè)小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，天花板下纏繞著錯(cuò)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(tái)計(jì)算機(jī)。它與世界上的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)都有所不同，而是一個(gè)即將開創(chuàng)歷史的里程碑式設(shè)備。

量子計(jì)算機(jī)的理論運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出任何傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)或?qū)⑹沟萌藗冊(cè)谠訉用鎸?duì)物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)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(duì)海量數(shù)據(jù)的有效地處理來增強(qiáng)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(jì)算機(jī)無限接近了，其強(qiáng)大的功能足以打敗任何傳統(tǒng)意義上的計(jì)算機(jī)，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(jìn)，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(jì)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(jī)就奠定了計(jì)算機(jī)革命的基礎(chǔ)。這就是我為什么會(huì)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(jì)算機(jī)到底有什么好處?我們是否可以打造一款實(shí)用的，可靠的量子計(jì)算機(jī)?

為什么說我們需要量子計(jì)算機(jī)

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(gè)建筑的外觀看起來有點(diǎn)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(jì)，并在IBM大型機(jī)業(yè)務(wù)的鼎盛時(shí)期建造。當(dāng)時(shí)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。現(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(jì)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(shí)，量子物理學(xué)的發(fā)展已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的歷史，但整個(gè)計(jì)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(chǔ)數(shù)據(jù)所需的“比特”數(shù)量(這是一個(gè)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(jìn)制碼的0和1是所有常規(guī)計(jì)算科學(xué)的基礎(chǔ)。

在抵達(dá)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(huì)挑戰(zhàn)傳統(tǒng)計(jì)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(gè)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(gè)粒子也可能表現(xiàn)出“量子糾纏”，因此改變一個(gè)粒子的狀態(tài)可能會(huì)瞬間影響到另一個(gè)粒子。

貝內(nèi)特和其他人意識(shí)到，在量子現(xiàn)象的幫助下，可以有效地執(zhí)行幾種耗時(shí)甚至不可能的計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)會(huì)將信息存儲(chǔ)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(jí)大數(shù)據(jù)計(jì)算的解決方案。但是目前還難以比較量子計(jì)算機(jī)相比于經(jīng)典計(jì)算機(jī)到底有多大的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，但粗略地說，只有幾百個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)能夠同時(shí)執(zhí)行的計(jì)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(jì)算物理第一次會(huì)議(First Conference on the Physics of Computation)的里程碑式活動(dòng)。會(huì)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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