美国三年内制造量子计算机 媒体混淆概念胡乱报道

量子计算机也仅仅是功能有限的专用机,而非标准量子计算机。虽然一些国内外频频传来量子计算机研制方面的好成绩,但要制造出性能超越如今经典计算机的标准量子计算机依旧是任重而道远。目前来看,无论是国外巨头研发的量子计算机,还是国内单位研发量子计算原型机,都不像经典计算机那样,有逻辑门的概念,只具备解决特定问题的能力。为何现在的这些量子计算原型机的通用性非常有限,只能用来解决特定问题?主要是实现不了编码逻辑比特,其次还有精度、系统扩展、相干消等几个方面。

近年来,“量子”概念被媒体抄的火热,量子通信和量子计算都受到了媒体和资本的热捧。国内外诸多企业和科研机构都纷纷宣布自己在量子计算和量子通信方面取得的成绩,甚至还有国外巨头宣传三年后量子计算机面世的报道。美国官方机构也来凑热,宣称中国的量子科学发展及其对美国创新领导地位的挑战,然后搞了一个量子计算10年计划,颇有当年星球大战计划的遗风。

然而,现实却是量子计算机也仅仅是功能有限的专用机,而非标准量子计算机。虽然一些国内外频频传来量子计算机研制方面的好成绩,但要制造出性能超越如今经典计算机的标准量子计算机依旧是任重而道远。

目前来看,无论是国外巨头研发的量子计算机,还是国内单位研发量子计算原型机,都不像经典计算机那样,有逻辑门的概念,只具备解决特定问题的能力。

为何现在的这些量子计算原型机的通用性非常有限,只能用来解决特定问题?

主要是实现不了编码逻辑比特,其次还有精度、系统扩展、相干消等几个方面。

美国三年内制造量子计算机 媒体混淆概念胡乱报道

(国内单位量子计算原型机)

首先,我们来看编码。

编码是制造通用量子计算机的最大拦路虎。如果要制造出超过经典计算机的标准量子计算机,就必须至少获得50个逻辑比特。

值得一提的是50个逻辑比特并不是终点,而仅仅是一个新起点——瑞士苏黎世皇家理工学院的物理化学家马科斯.雷勒表示:

【“如果我们拥有超过200个逻辑比特位,我们就能在量子化学上做到传统计算机无法做到的事情,如果拥有5000个逻辑比特位,量子计算机将为这一领域带来颠覆性的改变。”】

回过头来,如果要获得50个逻辑比特,必须拥有足够多的物理比特,然而,现在所能获得的物理比特实在是太少了,数量根本不够。此外,实现一位逻辑比特的编码的难度非常高,目前全球没有任何一家商业公司或科研机构,能够做出一个逻辑比特。何况编码难度会随量子比特数量呈指数性增涨,实现不了编码就不可能实现通用量子计算。

美国三年内制造量子计算机 媒体混淆概念胡乱报道

(国外公司的量子计算原型系统)

其次,系统扩展的难度非常大。

要实现通用量子计算,前提要把系统扩展到足够大,在拥有数百乃至上千个物理比特的情况下,才有可能获得足够多的逻辑比特。目前,美国、中国的研究单位实现的9个量子比特、10个量子比特、20个量子比特、50个量子比特都只是物理比特,而不是逻辑比特。必须说明的是,从大家的实验进展来看,实现多物理比特的任意纠缠会随着比特数上升,技术难度呈现指数上升的趋势。因此,想要进一步扩展系统的难度相当大。

美国三年内制造量子计算机 媒体混淆概念胡乱报道

(中科大陆朝阳教授和学生检查光量子计算机的运行情况)

再次,逻辑门精度无法满足需求。

逻辑门精度可以分为单比特门精度和双比特门精度,要制造出标准量子计算机,单比特门精度和双比特门精度都必须达到非常高的要求。像中国杜江峰院士研究团队也只是实现了单比特门逻辑门精度达到了99.99%,满足了标准量子计算的需求,但这仅仅是单比特门精度满足了要求。即便如此,这在国际上已经是比较罕见了。一些现在所谓的“量子计算机”的单比特门精度和双比特门精度其实都达不到标准量子计算机的要求。

最后,相干消也是一个大问题。

量子计算有赖于量子纠缠,相干消最通俗的理解就是随着环境、时间的变化,量子之间会失去这种纠缠效应。这样一来,就把量子计算的基础给破坏了。就以IBM不久前的50个量子比特原型机来说,量子态可保存90微秒。虽然这个时间非常短暂,也不可能会有多大的实用性,但这已经创造世界纪录了。

美国三年内制造量子计算机 媒体混淆概念胡乱报道

(郭光灿院士)

研发标准量子计算机任重道远。

正是因为在编码、操作精度、系统扩展等方面存在技术瓶颈,现在大家研发出来的量子计算机,都只称为原型机,都只能做单一特定功能,无法实现通用量子计算。目前的50个量子比特的量子计算机,也只有可能在少数特定问题上超越普通经典计算机。

文末再说明一下,铁流并非唱衰量子计算,而是指出现在的技术距离建成真正具有实用价值的标准量子计算机尚很遥远。这也是铁流在以前的文章里提到,标准量子计算机淘汰现在的经典计算机和可控核聚变一个概念,是永远的50年!

铁流支持国家投入适当的资金对量子计算等可能具有很大价值的技术进行探索,但坚决反对一些商业公司过分炒作量子计算概念,对一些微不足道的进步大肆渲染浮夸营销误导大众。坚决反对一些商业公司混淆量子计算机与量子模拟机的概念,然后给出三五年就能造出量子计算机(实际上是量子模拟机)这种不负责任的宣传,以达到炒股价和包装高科技光环的目的。坚决反对一些科研单位为了获得更多科研经费,故意夸大已经取得的技术成果。

总而言之,要制造出具有通用性,且性能超越经典计算机的标准量子计算机,依旧任重道远!

【本文原载微信公众号“铁流”。】

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