量子计算机离实用还有多远？( 二 ) _小知识

而另一方面，量子计较机可以或许很轻易的计较量子系统演化。这是个在日常糊口中并不会碰到的问题，但在药物研究、量子化学等范畴有着很大的需求。因为描述量子系统的变量随粒子数指数增添，经典计较很快就无法处置数十个上百个原子的大分子问题，而量子计较在处置这类问题时就有着自然的优势。这也逐渐当作为量子计较的一个最接近现实的应用。
2.2量子计较机研究的现实进展与速度

图1 谷歌的sycamore处置器丨图片来自收集
现在实现量子计较的本家儿流物理平台有两类：基于超导约瑟夫森结的超导系统，以及基于原子能级的离子阱系统。超导系统的成长从1999年起头，而离子阱更早一些。到此刻，超导系统中量子比特数最多的是谷歌的sycamore处置器，已经达到53个，而离子阱的行业龙头是IonQ公司，它声称已经有跨越一百量子比特的系统。从已经颁发的论文来看，量子计较范畴今朝的最前沿是谷歌颁发的展示“量子霸权”的论文[1] 。这篇论文基于随机采样问题：随机拔取量子门操作中的参数，好比对量子比特扭转的角度等，然后展望最终的测量成果。跟着量子比特数与量子门操作数的增添，用经典计较展望最终的成果将变得越来越坚苦，而量子计较机依然可以和往常一样给出成果。最终的尝试成果表白，在对53个量子比特同时进行必然数目的量子门操作后，量子处置器给出的成果保真度只有千分之一，意味着一千次计较中只有一次的成果是准确的。这是因为量子系统自身轻易受情况噪声影响，也是量子计较范畴成长的最大阻碍。然而即便如斯，用此刻最好的超等计较机给出不异保真度的成果也需要十万年！固然之后有一些文章指出可以经由过程优化经典计较的算法来把这个时候压缩到几个月的量级，但和直接用量子芯片采样所需的几分钟时候比拟仍是要长上不少。这篇论文表白此刻的量子芯片已经达到了经典计较难以模拟的水平，但若何操纵这一点来让它变得有效则会酿成下一个研究热点。
2.3量子计较机的成长趋向
这里本家儿要讲一下超导量子计较的成长。二十年前，日本的尝试室研究了宿世界上的第一个超导量子比特，那时超导比特的寿命只有几个纳秒；十年前，超导比特的数目到了几个，寿命也达到了十微秒的量级；而此刻，最多的比特数目到了53个，而寿命最长的比特有一两百微秒。将来，量子比特的数目与寿命是否还可以或许以这个速度继续晋升也是个未知数，不外大大都的公司的观点比力乐不雅。好比IBM公司就声称要在2023年做出有1121个量子比特的量子芯片[2] 。而跟着量子比特数的增多，若何操纵这些轻易犯错、但计较空间又比经典计较大良多的芯片解决一些具体问题，可能是更主要的问题。今朝已经有多篇论文测验考试在这类芯片上执行一些算法，操纵一些削减错误的手艺，或是对噪声不那么敏感的算法，可以或许解决一些简单的问题，但今朝还没有超越经典计较的能力规模，是以可以说今朝量子计较还不组成经济效益。

图2 IBM的量子路线规划图丨图片来自收集
而为了降服犯错的问题，就必需利用量子纠错。而这耗损的资本就更多了，以今朝最好的量子门保真度估算，若要实现Shor算法，需要将数千个量子比特（物理比特）编码当作一个逻辑比特。而分化一个2的2000次方的大数，理论估计需要两亿个物理比特。而此刻节制一个物理比特的仪器当作本约为一万美元摆布，是以若是此刻强行建造一个通用量子计较机，简单的相乘给出当作本约为两万亿美元摆布，大约为一个苹果公司的市值。而这和今朝量子计较机所能解决的有限问题所带来的贸易价值并不相符。若是能将量子门的错误率削减一个量级，那么理论所需要的物理比特数将大幅削减。是以量子计较的成长应该循序渐进，一边增添量子计较机的比特数和量子门保真度，一边寻找量子计较更多可能的应用，由错误率较高的中型量子芯片慢慢过渡到利用量子纠错的大型通用量子芯片。也许量子计较会在数年后逐渐在这个宿世界上阐扬它的价值。

量子计算机离实用还有多远？( 二 )

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