量子計算的能力如何？期望10-15年構(gòu)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(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)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(yīng)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(zhǔn)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(chǎn)生錯誤，IBM開發(fā)出一種新的“錯誤減少”技術(shù)來糾錯，從而得到更有意義的計算結(jié)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(xué)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(zhuǎn)換為1)，以及它使用多少個量子比特。量子電路越大，相關(guān)程序可解決的問題就越復(fù)雜，但出錯概率也更大。此前，研究團(tuán)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(xiàn)。而根據(jù)摩爾定律，在單位面積上可集成的晶體管的數(shù)目每18個月就可以增長一倍?！澳壳暗木w管尺寸已經(jīng)達(dá)到4個納米，預(yù)計不到10年時間，就會達(dá)到亞納米尺寸。到了亞納米尺寸后，量子效應(yīng)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(shù)目增加而指數(shù)增長。比如，一個比特在經(jīng)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(shù)據(jù)進(jìn)行分解，用目前的萬億次的經(jīng)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(yīng)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(chǎn)生錯誤，IBM開發(fā)出一種新的“錯誤減少”技術(shù)來糾錯，從而得到更有意義的計算結(jié)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(xué)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(zhuǎn)換為1)，以及它使用多少個量子比特。量子電路越大，相關(guān)程序可解決的問題就越復(fù)雜，但出錯概率也更大。在“量子信息”分論壇上，量旋科技聯(lián)合創(chuàng)始人&資深科學(xué)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(xiàn)”報告。馮冠儒博士詳細(xì)介紹了核磁共振量子計算背后的技術(shù)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(xiàn)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(dǎo)核磁共振系統(tǒng)中實現(xiàn)的，無法小型化、做成桌面型儀器。而量旋科技采用永磁體產(chǎn)生靜磁場，為小型核磁共振譜儀的建造提供了條件。”馮冠儒表示。

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(chǎn)生錯誤，IBM開發(fā)出一種新的“錯誤減少”技術(shù)來糾錯，從而得到更有意義的計算結(jié)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(xué)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(zhuǎn)換為1)，以及它使用多少個量子比特。量子電路越大，相關(guān)程序可解決的問題就越復(fù)雜，但出錯概率也更大。

此前，研究團(tuán)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(xiàn)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(xué)術(shù)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(shè)想在一個封閉盒子里面有個放射源，它在每一秒時間內(nèi)以1/2幾率放射出一個粒子。換句話說，按照量子力學(xué)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(dǎo)致盒子里面的一只貓立刻死亡。當(dāng)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(yīng)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(shù)據(jù)顯示，預(yù)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(shù)領(lǐng)域取得了巨大的技術(shù)突破，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止量子計算機一款，而且量子通信、量子雷達(dá)、量子無人機，包括量子芯片，都成為中國在這一技術(shù)領(lǐng)域的最新成果，可以說西方國家至今還沒有摸透相關(guān)技術(shù)，而中國卻已經(jīng)進(jìn)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(yīng)用的產(chǎn)業(yè)級超導(dǎo)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(nèi)第1家實現(xiàn)量子產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的公司。

值得一提的是，在2020年，由中國著名量子科學(xué)家潘建偉帶領(lǐng)的團(tuán)隊與牛津大學(xué)等國際科研機構(gòu)的學(xué)者在相隔上千公里的兩個地面基站之間，實現(xiàn)了基于量子糾纏的無中繼量子保密通信。這些科學(xué)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(xiàn)了全球相距上千公里的兩地分發(fā)量子密鑰。