量子计算，将是下一轮科技革命的新起点?丨亿欧问…

量子计算，将是下一轮科技革命的新起点?丨亿欧问…

“当事物不确定时，量子结构力学。”

是近年来科技界一个有趣的流行词。现在的量子科学似乎可以“处理”所有不可思议的问题。这可能是一种吐槽，但毫无疑问，量子科学确实是当今人们改善高科技短板的重点方向之一。

说到量子科学及其量子计算，我们别无选择，只能从量子说起。

量子是当代物理学的关键定义，即如果一个标量具有最少的不可缺少的基本元素，它就是量子化的，最小的单位叫做量子，意思是“某种化学物质的非常大量”。它是由法国科学家M·普朗克在20世纪首先提出的。

量子科学是科学研究分子和原子运动规律的课程，是科学研究分子、分子结构、原子和微观粒子的结构和特性的基础理论。

而量子计算是根据量子结构力学的规律性，对量子信息内容模块进行测控的一种新方式。

摆脱摩尔定律，量子计算产生新的曙光

随着摩尔定律的失效，传统电子计算机的计算能力已经接近巅峰。计算能力的停滞导致高计算能力必须应用的领域停滞不前，势必成为科技创新的一大障碍，而量子计算产生的超大计算能力则成为新的曙光。

量子计算机的工作模式与传统的电子计算机有着本质的区别。高性能计算机和量子计算机的重要区别取决于它们存储信息内容的方式。高性能计算机和所有传统电子计算机一样，都是二进制位，解决的是1和0的问题。

在传统的电子计算机中，每个比特不是0就是1，而在量子计算机中，量子比特可以处于0和1两种状态的量子叠加态，这使得量子计算机具有传统计算机无法想象的非凡计算能力。但是，这并不意味着量子比特可以像薛定谔的猫一样，有两个不同的物体——活着的和死了的，或者都是0和1。

理论上，当量子比特“不可避免地”相互连接时，科学家可以利用它们的波动量子态中间的影响来进行计算。如果没有这种方法，相关的计算大概需要几百万年。例如，一台10量子位的量子计算机一次可以解决210或1024种可能的类型。

量子计算机的求解能力理论上是无穷的。量子计算可以让很多产业链的想法变成现实，比如真正完成无人驾驶及其人工智能技术。

目前风靡全球。中国和大企业将积极开展量子计算的科学研究，希望能先实现“量子至上”。

2012年，美国加州理工学院基础理论科学家约翰·普雷斯基尔(JohnPreskill)明确提出了“量子霸权”的定义，量子计算机可以保证经典电子计算机无法完成的事情。

此后，“量子霸权”长期被用来形容量子计算机发展趋势的关键节点，即量子计算机可以处理传统计算机无法处理的复杂困难，即表现出量子优越性。并且是量子计算机空间具体应用的重要一步。其中，一个常被视为量子霸权的关键指标值是量子比特总数。有专家学者认为，量子计算机可以用50个左右的量子比特实现“量子霸权”。

19年10月，Google宣布了自己的“量子霸权”，但随后遭到了IBM的否认。然而，谷歌发布的结果可以帮助人们更好地了解现阶段人们离通用量子技术还有多远。

五十年发展趋势不易，量子计算的到来仍需时日

量子计算的科学研究盛行于20世纪70年代。关于电子计算机的热消耗效用，阿冈国家实验室的贝诺夫觉得，如果消除测量全过程中的不可逆实际 *** 作，测量就没有能耗下限，于是大家明确提出了不可逆电子计算机的定义。贝诺夫在一开始就明确提出了基于量子结构力学的可逆电子计算机实体模型。

1982年，美国加州理工学院物理学教授、诺贝尔奖获得者费曼强调，可以用量子计算机来模拟量子多体系统软件的演化，而这一日常任务是经典电子计算机无法完成的。1985年，剑桥大学的专家教授多伊奇创建了量子图灵机的物理模型。

1996年，科学家首次在信息学中提出了量子比特的定义，并创造了“量子比特”这个名字。

2001年，IBM利用磁共振技术激发了7个核磁矩体，使其变成量子比特。成功运算上亿次后，终于成功将15个素数分解成3×5。量子计算机将首次使量子计算成为现实——整整十年后，我国生物学家利用四个量子比特完成了143的溶解。

2005年，我们在粒子阱中成功控制了八个量子比特。到2010年，我们已经能够在粒子阱中产生14个纠缠量子比特。

从此，量子计算变得适用。在应用层面，2011年D-Wave推出了128位集成量子计算机D-WaveOne，被认为是世界上第一个商用量子计算机系统软件。2012年，D-Wave推出了512位量子计算机D-WaveTwo。2015年，D-Wave公布了基于chimeragraph架构的新一代1152位量子计算机系统软件D-Wave2X。

虽然量子计算将使电子计算机在数学计算上大大超越今天的电子计算机成为可能，但仍然存在许多障碍。

大规模量子计算的关键问题是如何长时间维持量子相关产业具有良好的量子比特数，如何在这个时间范围内进行足够多的精度极高的量子逻辑实际运算。

量子计算必须让所有量子比特保持“关联状态”，这不是一件容易的事情。

目前“关联态”只能维持一秒左右，而随着量子比特总数的增加，以及它们与自然环境相互作用的概率增加，这个挑战会越来越大。

量子计算无法完成的第二个关键原因是，它和自然界其他所有的全过程一样，都有“噪音”。虽然在经典测量中也存在这个问题，但是在经典测量中，他们只需要保存每个测量位的两个或几个副本，以便于检查。

第三个关键原因来自于量子系统软件的另一个重要特性。如果不精确测量，叠加态会持续存在。如果你做一个精确的测量，量子比特的叠加态会坍缩到一个确定的结果:1或者0。因此，不清楚一个量子位实际上意味着1还是0。如果需要精确测量，就需要大量的量子比特。

尽管困难重重，但显然量子计算将是下一次信息革命的新征程。

量子计算结合了过去半个世纪的两大技术变革:信息技术和量子结构力学。如果用量子结构力学的标准来代替二进制逻辑进行计算，一些无法破解的日常任务就会得到处理。

量子计算的定义鼓励了新一代科学家、技术工程师和计算机生物学家从源头上改变信息技术的布局。未来量子计算的发展，可能是高科技的发展，也可能是人的发展。