量子計算的能力如何？期望10-15年構建通用量子計算機可行嗎？

量子計算機(quantum computer)是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。 量子計算機的特點主要有運行速度較快、處置信息能力較強、應用范圍較廣等。與一般計算機比較起來,信息處理量愈多，對于量子計算機實施運算也就愈加有利,也就更能確保運算具備精準性。

IBM公司的一臺量子計算機目前正運行迄今最大的量子程序。鑒于大型量子程序在運行時會產生錯誤，IBM開發(fā)出一種新的“錯誤減少”技術來糾錯，從而得到更有意義的計算結果，這使其量子計算機變得更有用，能運行1700多個操作。量子計算機有潛力解決即使目前最好的傳統(tǒng)超級計算機也無法解決的問題。物理學家通過開發(fā)所謂的量子電路來編寫量子計算機程序，電路的大小取決于它包含多少操作(比如將0轉換為1)，以及它使用多少個量子比特。量子電路越大，相關程序可解決的問題就越復雜，但出錯概率也更大。此前，研究團隊開發(fā)的最大的可用量子電路使用了26個量子比特，包含1080個單獨的操作，但現在他們正運行一個包含127個量子比特及1700多個單獨操作的量子電路。他舉例，大數據時代，計算能力需求在急速增長，一般發(fā)展計算能力是用加強晶體管的集成度實現。而根據摩爾定律，在單位面積上可集成的晶體管的數目每18個月就可以增長一倍。“目前的晶體管尺寸已經達到4個納米，預計不到10年時間，就會達到亞納米尺寸。到了亞納米尺寸后，量子效應就會開始發(fā)生作用?！?

量子計算的能力有多強大?潘建偉表示，它隨著糾纏粒子的數目增加而指數增長。比如，一個比特在經典事件里，手機和電腦上是處于0或者1，但到了量子系統(tǒng)里面就可以屬于0+1，但這個比特到了50個的時候，傳統(tǒng)計算機里面，只能處于2的50次方個狀態(tài)的某一個。但到了量子世界里，它就可以處于2的50次方種狀態(tài)的相干疊加。如果對一個300萬的大數據進行分解，用目前的萬億次的經典計算機大概需要15萬年，但是用量子計算機只需要一秒鐘。因此量子計算機有非常好的前景與應用。

IBM公司的一臺量子計算機目前正運行迄今最大的量子程序。鑒于大型量子程序在運行時會產生錯誤，IBM開發(fā)出一種新的“錯誤減少”技術來糾錯，從而得到更有意義的計算結果，這使其量子計算機變得更有用，能運行1700多個操作。量子計算機有潛力解決即使目前最好的傳統(tǒng)超級計算機也無法解決的問題。物理學家通過開發(fā)所謂的量子電路來編寫量子計算機程序，電路的大小取決于它包含多少操作(比如將0轉換為1)，以及它使用多少個量子比特。量子電路越大，相關程序可解決的問題就越復雜，但出錯概率也更大。在“量子信息”分論壇上，量旋科技聯合創(chuàng)始人&資深科學家馮冠儒博士，向與會嘉賓作了題為“桌面型核磁共振量子計算平臺上的量子算法實現”報告。馮冠儒博士詳細介紹了核磁共振量子計算背后的技術原理，以及量旋科技如何通過核磁共振系統(tǒng)的探索式創(chuàng)新，在桌面型量子計算機上成功實現量子控制和量子算法，打造便攜式量子計算平臺。

“核磁共振量子計算平臺是最早發(fā)展起來的量子計算平臺之一，并能夠成功演示眾多的量子算法。但過往這些算法的演示，多是在超導核磁共振系統(tǒng)中實現的，無法小型化、做成桌面型儀器。而量旋科技采用永磁體產生靜磁場，為小型核磁共振譜儀的建造提供了條件?！瘪T冠儒表示。

IBM公司的一臺量子計算機目前正運行迄今最大的量子程序。鑒于大型量子程序在運行時會產生錯誤，IBM開發(fā)出一種新的“錯誤減少”技術來糾錯，從而得到更有意義的計算結果，這使其量子計算機變得更有用，能運行1700多個操作。

量子計算機有潛力解決即使目前最好的傳統(tǒng)超級計算機也無法解決的問題。物理學家通過開發(fā)所謂的量子電路來編寫量子計算機程序，電路的大小取決于它包含多少操作(比如將0轉換為1)，以及它使用多少個量子比特。量子電路越大，相關程序可解決的問題就越復雜，但出錯概率也更大。

此前，研究團隊開發(fā)的最大的可用量子電路使用了26個量子比特，包含1080個單獨的操作，但現在他們正運行一個包含127個量子比特及1700多個單獨操作的量子電路。

在近百年的學術爭論中，影響最大的就是薛定諤(1935年)提出的所謂"薛定諤貓"佯謬和愛因斯坦等人(1935年)提出的EPR佯謬。薛定諤設想在一個封閉盒子里面有個放射源，它在每一秒時間內以1/2幾率放射出一個粒子。換句話說，按照量子力學的疊加性原理，一秒鐘后體系處于無粒子態(tài)和一個粒子態(tài)的等幾率幅疊加態(tài)。一旦粒子發(fā)射出來，它將通過一個巧妙的傳動機將毒藥瓶打開，毒氣釋放后會導致盒子里面的一只貓立刻死亡。當然，如果無粒子的發(fā)射，這一切均不會發(fā)生，貓仍然活著。接下來要問:一秒鐘后盒子里的貓是死還是活?既然放射性粒子是處于零和1的疊加態(tài)，那么這只貓理應處于死貓和活貓的疊加態(tài)。這只似死似活、半死半活的貓就是著名的"薛定諤貓"。

美國波士頓咨詢公司之前發(fā)布了一份數據顯示，預計到2050年量子計算機會有望創(chuàng)造出8500億美元的利潤。

值得一提的是，中國在量子技術領域取得了巨大的技術突破，甚至遠遠不止量子計算機一款，而且量子通信、量子雷達、量子無人機，包括量子芯片，都成為中國在這一技術領域的最新成果，可以說西方國家至今還沒有摸透相關技術，而中國卻已經進入實用階段。另外，中國的百度公司之前發(fā)布了“乾始”的量子計算機，及全球第1個全平臺量子計算軟硬件一體化方案“量羲”，百度研發(fā)了集量子硬件、軟件平臺、量子應用的產業(yè)級超導量子計算機，并打造了全球首個全平臺量子軟硬件一體化解決方案。這一突破，也讓百度也成為僅次于美國IBM，國內第1家實現量子產業(yè)應用的公司。

值得一提的是，在2020年，由中國著名量子科學家潘建偉帶領的團隊與牛津大學等國際科研機構的學者在相隔上千公里的兩個地面基站之間，實現了基于量子糾纏的無中繼量子保密通信。這些科學家還利用“墨子號”量子通信實驗衛(wèi)星作為量子糾纏源，首次實現了全球相距上千公里的兩地分發(fā)量子密鑰。