量子計(jì)算機(jī)的性能何時(shí)能超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)?
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)性能的提升面臨挑戰(zhàn),光子計(jì)算、量子計(jì)算、生物計(jì)算等新的技術(shù)都引發(fā)了業(yè)界關(guān)注。量子計(jì)算被認(rèn)為能夠解決傳統(tǒng)計(jì)算不能解決的問題,但目前量子計(jì)算面臨諸多挑戰(zhàn),性能還未超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。從實(shí)踐者的角度看,量子計(jì)算的部署至少還需要幾年時(shí)間。 到目前為止,提到量子計(jì)算大部分人都會認(rèn)為這是一種革命性的技術(shù),它利用量子力學(xué)的奇特特性更快解決問題,甚至解決普通計(jì)算機(jī)無法解決的問題。這些問題從數(shù)學(xué)到零售業(yè),從物理到金融。如果率先掌握量子技術(shù),將有利于提升國家的競爭力。 量子計(jì)算的前景在20世紀(jì)80年代首次得到認(rèn)可,但至今仍未實(shí)現(xiàn)。量子計(jì)算機(jī)難以設(shè)計(jì)、建造和編程。其中,相干性、量子損失是巨大的挑戰(zhàn),這對量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)營至關(guān)重要,這可能會導(dǎo)致重要程序在運(yùn)營之前系統(tǒng)就崩潰。 目前全球有許多巨頭都參與了量子計(jì)算的競爭,國外的IBM、谷歌、英特爾,國內(nèi)阿里、華為都取得了不同程度的進(jìn)展,學(xué)術(shù)界以及國家實(shí)驗(yàn)室也有量子計(jì)算的相關(guān)研究。 雖然IBM,谷歌和IonQ正在測試50 、72甚至-160量子位的設(shè)備,但每增加一個(gè)量子位就會使機(jī)器復(fù)雜程度增加兩倍,在這些量子位有限的系統(tǒng)中,研究人員只能在量子衰減之前執(zhí)行少量量子操作或“門”。太多的量子比特會使系統(tǒng)崩潰。 不僅如此,建造和操作量子計(jì)算機(jī)的每一步都很難,與傳統(tǒng)的芯片不同,要么用激光捕獲單個(gè)原子,要么用激光器來制造。這通常需要將處理器保持在幾乎絕對零度,控制這個(gè)系統(tǒng)被證明非常困難,電磁脈沖的設(shè)計(jì)必須完美設(shè)計(jì),因?yàn)閬碜酝獠凯h(huán)境的一小部分能量可能導(dǎo)致量子比特衰減。 由振動、溫度波動、電磁波還有其他外部環(huán)境的相互作用引起的這種相干性(稱為退相干)的損失最終破壞了量子的奇異特性。鑒于目前普遍存在的退相干和其他問題,當(dāng)代量子計(jì)算機(jī)不太可能返回完全正確的答案,即使運(yùn)行的時(shí)間比較短。 雖然技術(shù)和架構(gòu)的競爭正在解決這些問題,但現(xiàn)有的硬件平臺不能保持一致性并提供大規(guī)模量子計(jì)算所需的強(qiáng)大糾錯(cuò)能力;蛟S,幾年之后可能會取得突破。 |