量子计算机

引领信息技术新突破

银光闪闪的圆筒中藏着珍宝：量子比特封存在零下 273℃ 的氦泵中。不同于传统计算机中的比特，量子比特能够储存和处理两个状态，使得量子计算机得以运行。

这种新型计算机逻辑将创造出远快于超级计算机的计算速度，提升新产品、新应用与新模式搜寻的效率。其缺陷在于量子比特极不稳定，只有在无外界影响的情况下，它才能准确顺畅地工作。因此，它们不仅需要被冷冻，而且还应处于完全与外界隔绝的真空之中。

娇贵的超级大脑

对于这一问题的探究尚处于起始阶段。目前，研究人员已开发出可编程的5量子比特计算机以及更为娇贵的 10 至 20 量子比特测试系统。例如，2017 年 5 月，IBM 推出一款17量子比特的处理器，为首款商用量子计算机的开发奠定基础。

“当前量子计算机所处的发展阶段类似于上世纪40年代的传统计算机。”

Anthony Annunziata 博士
IBM 研究员，美国

“我们的进展越来越快。”来自美国的 IBM 研究员 Anthony Annunziata 博士说。据他介绍，IBM 系统能在相当长一段时间内稳定进行运算工作。不过，Annunziata 同样指出，这一技术依旧处在发展初期。他说：“当前量子计算机所处的发展阶段类似于上世纪40年代的传统计算机，但它的发展速度会远远超过传统计算机。”

加拿大滑铁卢大学量子计算研究所主任 Raymond Laflamme 教授等专家认为，只要量子比特的数量增加至约 30 至 50 时，量子计算机解决特定问题的能力就能超越所有传统超级计算机。“根据近15年的发展趋势推断，未来 10 年内我们便有望达到 100 量子比特。”这位量子计算领域的先锋人士表示。麻省理工学院预测，量子计算机将在未来四至五年内取得重大突破。在高性能量子计算机的开发项目中，无论是 IBM、谷歌、微软还是英特尔，这些科技巨头都不吝重金，更不用说美国国家安全局这样的机密部门，很可能正在秘而不宣地研究强大的量子解码系统。

量子计算机带来原动力

根据摩尔定律，计算机芯片性能每隔一两年便会翻番，而这一定律也快临近技术极限。专家们相信量子计算机领域的突破能提供全新的原动力。据 Laflamme 介绍，全球共有六至七个团队正在从事相关研究工作，投资金额已达数十亿。例如，欧盟委员会计划在未来九年内投入 10 亿欧元用于量子技术的开发。此外，2017 年 8 月，中国首次实现卫星与地面基站共享量子密钥的消息占据了新闻头条，它标志着牢不可破的量子加密技术开发工作已取得重大进展。不过，“在可以预见的未来，量子计算机还无法全面超越或取代超级计算机。” Annunziata 说，“它们将作为辅助工具帮助解决极为特殊的问题。”量子计算机非常适合模拟分子动力学，从而展示例如电子之间以及电子与原子核之间的相互作用。“若电子态的数量增加，潜在的相互作用数量将呈指数级增长。传统计算机无法精准描述这一状况，只能进行近似处理。”他说。与之相比，量子计算机所利用的量子力学本身就是分子间相互作用的基本机制。

研究效益

Laflamme 指出，众多行业均可从更为精准的建模中获益，例如材料科学、化工和制药业。量子粒子的敏感性这一缺点在这些行业却能被研究人员视为优点并加以利用，例如勘探自然资源或诊断疾病。目前，量子比特已被用于制备超敏传感器，从而精准探测有癌变风险的缺陷蛋白质原子。为确保探测效果，量子比特必须密切关注某一特定原子的振动。

Annunziata 表示，当务之急是让更多人愿意了解并使用量子计算机，这也是为什么大约一年前 IBM 决定对外开放其量子计算机。自那时起，已有五万名用户访问过“量子体验平台”。 Annunziata 认为这一开源模式有利于相互学习和分享。据媒体报道，谷歌母公司 Alphabet 最近决定效仿 IBM ，对学术界及开发人员开放自己的量子计算机。这种做法有望催生出一种新的生态系统，让“量子计算”学科有机会蓬勃发展。

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