量子計算機就要來了 它真的能改變世界嗎？

• 2018年3月8日 ZhouXun來源：網易科技 1037 66
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  2018-2023年壓力敏感器件行業深度分析及發展趨勢研究報告

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量子計算機的理論運行速度遠遠超出任何傳統的超級計算機。這種計算機或將使得人們在原子層面對物質狀態進行模擬成為可能。

在位于紐約市以北約50英里處僻靜鄉村中的一個小型實驗室內，天花板下纏繞著錯綜復雜的管線和電子設備。這一堆看似雜亂無章的設備是一臺計算機。它與世界上的任何一臺計算機都有所不同，而是一個即將開創歷史的里程碑式設備。

量子計算機的理論運行速度遠遠超出任何傳統的超級計算機。這種計算機或將使得人們在原子層面對物質狀態進行模擬成為可能，從而可以重塑新材料技術;它們也可以通過無窮的算例破解現有的任何加密算法，重新定義網絡安全;它們甚至能夠通過對海量數據的有效地處理來增強人工智能的水平。

然而到現在，經過幾十年的逐步發展，研究人員終于離打造出真正的量子計算機無限接近了，其強大的功能足以打敗任何傳統意義上的計算機，這就是具有里程碑意義的“量子霸權”(quantum supremacy)。目前來看，谷歌在該領域一直處于領導地位，而諸如英特爾和微軟等公司也都在努力前進，而包括Rigetti Computing，IonQ和Quantum Circuits等有雄厚資金支持的創業公司也在迎頭趕上。

但是在量子計算領域，沒有誰能夠和IBM相匹敵沒。早在50年前，IBM在材料科學方面取得了成績就奠定了計算機革命的基礎。這就是我為什么會在去年10月來到IBM的托馬斯·J·沃森(Thomas J. Watson)研究中心去嘗試尋找這些問題的答案：量子計算機到底有什么好處?我們是否可以打造一款實用的，可靠的量子計算機?

為什么說我們需要量子計算機

托馬斯·J·沃森(Thomas J. Watson)研究中心位于美國的約克敦海茨(York-town Heights)，整個建筑的外觀看起來有點像上世紀60年代的飛碟想象圖。這座建筑由新未來主義建筑師小沙里寧(Eero Saarinen)設計，并在IBM大型機業務的鼎盛時期建造。當時IBM是世界上最大的電腦公司，在研究中心落成的十年內，它已成為全球第五大公司，僅位于福特和通用電氣之后。

雖然站在建筑物的走廊里可以看到鄉村景色，但所有辦公室都沒有窗戶。我在其中的一間密室里見到了這是在我遇見查爾斯·貝內特(Charles Bennett)的其中一間臥室里。現年70多歲的貝內特兩鬢斑白，身處舊電腦顯示器和各種化學模型的包圍之中。他回想起量子計算就像是剛剛發生在昨天一樣。

當貝內特于1972年加入IBM時，量子物理學的發展已經有半個世紀的歷史，但整個計算科學仍然依賴于經典物理學和克勞德·艾爾伍德·香農(Claude Elwood Shannon )于20世紀50年代在麻省理工學院開發的信息數學理論。香農根據存儲數據所需的“比特”數量(這是一個他普及但沒有確定的術語)來定義信息量。這些比特，也就是二進制碼的0和1是所有常規計算科學的基礎。

在抵達約克敦海茨一年后，貝內特幫助奠定了量子信息理論的基礎，這將會挑戰傳統計算科學。它以原子尺度上物體的特殊性質為基礎。在這個微觀尺度下，粒子可以一次顯現出許多種狀態(例如，許多不同的位置)，也就是“疊加”態。兩個粒子也可能表現出“量子糾纏”，因此改變一個粒子的狀態可能會瞬間影響到另一個粒子。

貝內特和其他人意識到，在量子現象的幫助下，可以有效地執行幾種耗時甚至不可能的計算。量子計算機會將信息存儲在所謂的量子比特，也就是量子位中。量子比特可以以1和0疊加的形式存在，并且可以使用量子糾纏和量子干涉來找到指數級大數據計算的解決方案。但是目前還難以比較量子計算機相比于經典計算機到底有多大的計算優勢，但粗略地說，只有幾百個量子比特的量子計算機能夠同時執行的計算量要比已知宇宙中的原子數量更多。

1981年夏，IBM和麻省理工學院組織了一次名為計算物理第一次會議(First Conference on the Physics of Computation)的里程碑式活動。會議在距離麻省理工學院校園不遠的法國風格大廈Endicott House召開。

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