量子计算时代已经来临,相干性时长和量子误差率成瓶颈 | 创技术

量子计算机已经让人神往了五十年之久。向往的原因很简单,它能解决传统计算机无法解决的问题。例如它可以准确模拟化学变化来创造新分子和材料,可以解决需要从大量可能结果中进行筛选的复杂优选问题。因为每个行业都需要优选手段,所以量子计算机才具有如此巨大的潜力。

直到最近,早期的量子计算机还只是世界上少数几个实验室的产物,只有一些专家能接触到。而过去几年的进步终于得以让世界第一台原型机系统开始展开实际实验。包括测试算法以及实现其他原来只是纯理论的技术设想。

量子计算机利用量子力学的原理来解决问题。它们不像传统计算机那样一次只考虑一种可能结果,而是以一种无法与普通算法相类比的方式运作。刚开始将所有可能的结果进行量子叠加,然后通过量子纠缠和量子干涉锁定正确的结果,这一过程在我们的生活中并不常见。潜力无限所要付出的代价就是建造上的困难。

量子计算机的建造普遍需要超导材料(保持比外界温度低100倍的状态),对精细量子状态的精准控制,和对哪怕是单束漫散光线都要起到阻挡作用的屏障措施。

现存的机器还太小,处理的问题也不比超级计算机能处理的更加复杂。尽管如此,我们还是取得了巨大进步。开发的算法在量子机器上运行的更快。现存的技术相比十年前更是延长了100倍超导量子比特的相干性(量子信息的寿命)。

现在我们可以测量出最重要的一种量子误差。2016年,IBM为公众提供了接触云端量子计算机的渠道——IBM Q实验。此实验附有图形界面以供编程,现在它的界面更是基于流行的编程语言Python所设计。

向世界开放的量子计算系统,一时推动了许多关于这项技术进步的重大创新,如今已有20多篇使用此工具的学术论文发表。这一领域正在迅速壮大,学术研究团体和全球50多家初创公司以及大型企业正专注于使量子计算成为现实。

随着技术进步以及任何人都能轻松访问的机器存在,现在是让“量子计算启程”的时候了。人们可以开始思考,如果解决新问题的机器已经存在,他们会做些什么。在互联网上已经出现了许多量子计算指南,随时准备开启应用的第一步。

但障碍依然存在。如必须要提高相干性时长,必须使量子误差率降低,最后我们还必须要减少和纠正出现的错误。研究人员将继续钻研硬件和软件上的创新。

然而,调查人员对量子计算机技术成熟度的标准和界限仍存在分歧。有人将标准定义为量子计算机执行科学测量的能力,但这个标准模糊不清,也无法向普通公众解释。我和其他人反对道,量子计算如果不能解决具有商业性、智慧性和社会性的重要问题,它就不算是一项实用技术。好消息是,这一天终于离我们不再遥远。

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