谷歌超越经典计算机：量子比特突破七个

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：在量子计算中，量子比特是量子信息的基本单位。同年，计算机寄存器中的量子比特数量，在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室又增加到了7个。和经典计算机不同，量子比特并非天然存在，因此增加稳定的量子比特十分困难。该文章表示，谷歌的量子计算机西卡莫，基于53位量子比特的超导处理器，可以在200秒之内，完成世界上最快的超级计算机一万年才能完成的计算。

在经典计算机中，信息处理只能在0或1中取一个值。想要获得问题的最优解，需要把所有的可能性都计算一遍，十分耗时。而量子计算机完全颠覆了经典计算的规则，打破了摩尔定律的物理限制。

科学家们发现，在微观世界中物质的存在方式和运动规律，与人们所熟悉的经典世界完全不同，其中最奇特也最令人无法理解的，就是微观粒子的量子态，即一个微观粒子可以同时存在于多个不同的位置，同时具有“0”和“1”两种状态。这种量子叠加的特性，可以实现量子计算的并行计算能力。

如何理解呢？我们可以做这样的联想：普通电子计算机要完成海量级的计算，相当于不断增加人数，而量子计算如同一尊千手千眼的观音，一个人就能做完所有人的事。因此，量子计算可以满足当前指数级增长的算力需求，探索机器学习所能达到的物理极限。

量子计算的价值显而易见。那么，它离我们的现实生活有多远呢？

在量子计算中，量子比特是量子信息的基本单位。从20世纪90年代开始，一场关于建造功能最强大、量子比特最多的量子计算机竞赛就已经拉开了序幕。1998年，牛津大学发布了量子计算机的首次演示。到了2000年，慕尼黑工业大学的研究人员制造出了拥有5个量子比特的计算机。同年，计算机寄存器中的量子比特数量，在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室又增加到了7个。

和经典计算机不同，量子比特并非天然存在，因此增加稳定的量子比特十分困难。除了粒子阱之外，人们还尝试了基于量子比特的偏振化光子、超导体、半导体以及拓扑量子来作为量子比特，不断地寻找最稳定的量子比特载体。

直到2019年10月，谷歌的一篇论文发表在《自然》杂志150周年纪念特刊上。该文章表示，谷歌的量子计算机西卡莫，基于53位量子比特的超导处理器，可以在200秒之内，完成世界上最快的超级计算机一万年才能完成的计算。这标志着谷歌实现了量子霸权。

量子霸权是什么意思呢？

量子霸权就是量子优越性的意思，指在某一个问题上，量子计算可以解决传统计算机不能解决的问题，或者是巨大的跨越式加速。

然而，谷歌花费13年才实现的量子霸权，却受到了许多人的质疑。以太坊创始人维塔利克就公开表示，谷歌只是证明了量子计算可以实现，就如同可控的核聚变一样，这只是实验室阶段，离大规模商用还很远。

的确，量子计算在短时间内取代不了经典计算，但是在一些关键阶段，量子计算却可以发挥出奇兵效应。

什么是奇兵效应呢？

例如，物流公司在选择配送路线时，可以发挥出两种计算各自的优势。从理论上来说，量子计算可以扮演加强传统算法的子程序，可以快速锁定所有的路线，而传统计算机则从中选择最优路线，实现物流的高效配送。

因此，在一般计算领域使用经典计算，在较难领域使用量子计算，这样既可以提高效率又让总体成本不变。量子计算无疑起到了特种部队的作用，它的商业化也并非空中楼阁。

谷歌超越经典计算机：量子比特突破七个

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