30多年前 ， 物理学家费曼提出利用量子构建计算系统 。 如今 ， 科学家正在验证这一设想 。 近日 ， 中国计算机学会青年计算机科技论坛发起了一次线上分享会 ， 探讨量子计算机的技术发展路线和前景 。
相较传统性能高
分享会的主讲者之一、合肥本源量子计算科技有限责任公司副总裁张辉认为 ， 量子计算并非“玄学” ， 在激光、超导等领域 ， 人们已经广泛应用了量子的特性 。 不同的是 ， 应用此前多在宏观层面 ， 量子计算则要在微观层面上实现控制 ， 这也意味着更大的难度 。
量子计算机在金融分析、药物研究、材料制备等领域都具有很大优势 。 然而与超级计算机相比 ， 量子计算机有何特别？
“如果用超级计算机实时规划最优路线 ， 极限是控制几百辆汽车 。 未来的智慧交通要同时计算几十万辆车的出行路线 ， 在理论上量子计算机能做到 。 ”张辉说 。
经典计算机用0和1储存与处理数据 。 量子计算机的神奇之处在于 ， 它的基本计算单元——量子比特可以同时是0和1 ， 即允许“叠加态”共存 。 这让其拥有强大的并行计算能力 。 举个例子 ， 假如在800万本书里找一个单词 ， 经典计算机一本本地搜索 ， 而量子计算机则分身为800万台计算机同步搜寻 。 因此有人说 ， 在量子计算机面前 ， 现在的计算机就像算盘 。
大数分解上也是如此 。 曾经有科学家用1600台计算机 ， 花了8个月的时间 ， 成功分解了一个129位大数的质因数 ， 如果用量子计算机可能只需几秒钟的工夫 。
这一理论上的潜力 ， 得到了令人振奋的验证 。 去年1月 ， IBM发布了全球首款商用量子计算原型机 。 去年10月 ， 谷歌公司宣称用53位的专用量子芯片解决了一个随机量子线路采样的数学问题 。
进步得益于近年来量子计算工程化的推进 。 当前 ， 几乎所有发达国家都把量子计算当作未来技术制高点 ， 国内外知名的IT公司纷纷涉足量子计算 。 “全球量子计算创业公司超过百家 ， 2019年是量子计算发展高光的一年 。 ”张辉说 。
落地应用挑战多
量子计算机前景远大 ， 但落地应用长路漫漫 。
“研发量子计算机 ， 首先要足够多的量子比特 。 ”腾讯量子实验室高级研究员郑亚锐解释 。 理论上 ， 自然界中一切有量子效应的载体都可用作量子比特 。 郑亚锐说 ， 一般认为量子比特数量要达到100万个 ， 量子计算机才能走向实用 。 可当下 ， 工业界还没有实现控制100个量子比特 。
稳定性是量子计算机落地应用的另一个重要指标 ， 这就要求较长的相干时间 ， 以及非常高的保真度 。 “提高比特数量的同时 ， 又不降低保真度是学术界聚焦的难题 。 ”郑亚锐提到 。
经过长期探索 ， 科学家发现超导、离子阱、超冷原子、半导体量子点都能够用于开发量子计算机 。 这些不同的体系 ， 造就了量子计算机不同的技术实现路线 。 “每一个体系都有优缺点 。 ”张辉说 ， 半导体量子点路线操控方便 ， 但相干时间很短；光学或者离子阱路线 ， 相干时间长 ， 但可扩展性相对差 。
目前 ， 多数开发者选择的是超导和半导体两条路线 ， 两者的工程化、工艺化也推进较快 。 开发者希望借助先进的半导体、集成电路工艺 ， 在推进量子计算机研发之时 ， 还为未来量子计算机与经典计算机的潜在融合埋下伏笔 。
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