关于量子计算,你应该知道的七个事实

李鑫        
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。

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。”

(参考信息:techrepublic)

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