關於量子計算,你應該知道的七個事實

2021-09-10 16:42:20 字數 1659 閱讀 2526

在很多人眼中,量子計算機被認為能夠完成經典計算機所不能完成的任務。

事實上,如果量子計算機缺乏足夠數量的處理單元,即量子位元,以及足夠的穩定性來做有用的工作,這些好處就仍然只是理論上的。

目前,全球少數國家和地區,包括美國、中國、歐盟與日本,以國防、軍工、科研部門為代表的力量都在量子計算領域發力,並帶動了該領域的投資增長。

例如,ibm開發出了一台50量子位元的量子計算原型機,google也推出了一款72量子位元的晶元。但是,這些產品要成為真正有用的裝置,挑戰猶存。

近期,ibm的兩位科學家就量子計算機的總體趨勢、能解決的問題,與經典計算機的關係,以及當前面臨的挑戰發表了自己的看法。

這些看法有助於我們對量子計算機形成更為清晰的認識,同時幫助我們對這一科學應用的前沿保持乙份敬畏之心。

1.量子計算機不會取代經典計算機

ibm英國與愛爾蘭首席技術官andy stanford clark表示:「量子計算機永遠無法執行if/then/else型別的邏輯,這是我們所熟悉的從乙個步驟到另乙個步驟,也就是傳統馮諾依曼結構的計算機所採用的邏輯。」

2.量子計算機擅長解決優化問題

stanford clark認為:「當你有乙個指數級的排列數需要運算時,量子計算機真的很擅長解決這些問題。」

「例如,如果你正在優化飛機路線的里程,或者優化鐵路網路的備件布局,那就有2的n次方種可能性,你必須嘗試每一種可能性以找到最佳的解決方案。

ibm超導量子位元量子計算的技術領導人stefan filipp說:「我們知道一些可以實現指數加速的演算法。例如,量子化學或材料科學問題、計算分子的性質,都是量子計算機可以幫助解決的。」

3.量子計算機將擴充套件經典計算機

stanford clark說:「我們不會看到人們扔掉他們所有的經典計算機,並用量子計算機取代它們,」

「我們將看到,就像你的經典計算機上有乙個數學協處理器(maths co-processor)和乙個gpu一樣……在你的經典計算機旁也將有乙個量子計算機協處理器。」

「當你必須解決一些大規模的指數問題的時候,你可以把它打包,扔到量子協處理器上,它會註解答案,然後你會繼續用你的經典演算法來獲得你的答案。」

4.我們需要50到60個量子位元的計算機來做有用的工作

stanford clark說:「量子計算機取代經典計算機的關鍵點是50到60個量子位元。……當我們達到50量子位元的水平,我們能夠做出有用的計算。」

5.構建可工作量子計算機並非易事

stanford clark說:「我們目前有乙個50量子位元的計算機原型,但問題是量子相干性,……這意味著你不能用你的50個量子位元來完成很多有用的事情,所以我們還有一段路要走。」

filipp補充說:「挑戰在於,讓硬體達到我們可以使用它並執行實用演算法的水平。」

「這意味著我們不僅要增加量子位元的數量,而且必須增加相干性。我們必須改進這一點,以便我們能夠解決實際演算法。」

「我們有乙個提公升相干性的路線圖,但在實際的量子計算機中仍然是乙個重大的挑戰。」

6.我們不知道如何編寫有用的量子軟體

stanford clark說:「目前我們還不知道如何編寫量子計算機的複雜演算法,因為我們已經如此習慣於使用經典計算機。」

「我們只是沒有經驗,試圖去用量子計算機解決我們曾用經典計算機解決的問題。」

7.量子計算機需要糾錯

「量子位元內部也存在容錯,」stanford clark補充說,量子計算機需要相當於傳統計算機中發現的錯誤校驗奇偶位。

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