量子计算机 ， 已成为引发激烈角逐的科技前沿 。 而且 ， 相关竞争有愈演愈烈之势 。
最近引发强烈关注的 ， 是两大科技巨头在此领域的进展：IBM于上月宣布 ， 将于今年10月中旬正式发布拥有53个量子比特的可商用量子计算机；随后 ， 谷歌研发团队在一篇论文中透露 ， 已首次实现量子霸权 。
与经典计算机大不相同
据外媒报道 ， IBM即将发布的53个量子比特的量子计算机 ， 将通过云端向客户开放 。
这个量子计算机系统将成为IBM位于美国纽约州的新量子计算中心的一部分 。 该中心拥有5台20个量子比特的量子计算机 ， 并计划于10月增加至14台 。 IBM承诺 ， 将对外开放95%的量子计算机的服务 。
上世纪90年代 ， 很多研发量子计算机的科学家 ， 被认为是在“骗人” 。 如今 ， 量子计算机已成为炙手可热的前沿科技领域 ， 它的发展前景也被众多科技公司看好 。
那么 ， 到底什么是量子计算机？
“量子计算机从底层到运算模式都与经典计算机完全不同 。 ”中国科学院物理研究所研究员、固态量子信息与计算实验室主任范桁介绍道 ， 量子计算机遵循量子力学原理 ， 以量子比特为基本量子信息单元 ， 以量子纠缠、相干叠加为特色 ， 以解决实用和科学问题为目标 。
举个简单的例子 ， 经典计算机的最基本单元是由0和1组成的比特 ， 量子比特则既可以是0 ， 也可以是1 ， 包含的信息量更大 。
“量子计算实现的必要条件包括可扩展、可初始化、长相干等等 。 ”范桁说 ， 其中可扩展性即增加量子比特数目 ， 可实现大规模量子计算；而长相干时间即量子态保持量子相干 ， 能用于逻辑运算 。
从用途来看 ， 量子计算机又可以划分为专用和通用两种类型 。 专用计算机可以解决特定的问题 ， 但不适用于解决所有问题；通用量子计算机能解决的问题则更多 。
在量子计算机的相关竞争中 ， 量子霸权特别受到关注 。
怎么才算实现了量子霸权？业界通常认为 ， 量子霸权是指量子计算机如果在某个问题上的计算能力超过最强大的传统计算机 ， 就实现了相对传统计算机的“霸权” 。 业界认为 ， 如能有效操纵50个左右的量子比特 ， 就能实现量子霸权 。
据外媒报道 ， 谷歌用来实现量子霸权的量子计算机就拥有53个量子比特 。
介于能否解决现实问题边缘
总体而言 ， 现在量子计算机的发展处于什么水平？
“50个左右量子比特的量子计算机 ， 介于能够解决现实问题和不能解决现实问题的边缘 。 ”中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室韩正甫教授在接受科技日报采访人员采访时回答道 ， 短时间内 ， 让现有量子计算机去解决现实问题虽有难度 ， 但并非不可能 。
在韩正甫看来 ， 量子计算机的未来发展趋势是非常明确的：首先要把量子计算机架构出来；接下来是增加量子比特数量 ， 提高量子比特质量；之后 ， 量子计算机相关应用软件也将成为核心竞争点 。
“量子计算机的研发工作目前面临多个核心难题 。 ”韩正甫说 。
这些难题一方面涉及保真度 ， 即量子计算机在计算时产生的误差可能有多大 。 误差越大 ， 保真度就越小 。 如果保真度小到一定程度 ， 计算结果就会不可信 ， 量子计算机也就失去了存在的意义 。 所以必须保证保真度达到一定水平 。
另一方面是量子相干性的保持 。 因为量子计算机在计算过程中 ， 必须保持所有量子比特是互相纠缠的 ， 但外部环境干扰会消磨量子的相干性 。 因此 ， 必须寻找方法让量子相干性保持时间更长一些 ， 从而在量子相干性消失之前 ， 将计算任务执行完 。
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