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雷鋒網按：傳統(tǒng)計算機性能的提升面臨挑戰(zhàn)，光子計算、量子計算、生物計算等新的技術都引發(fā)了業(yè)界關注。量子計算被認為能夠解決傳統(tǒng)計算不能解決的問題，但目前量子計算面臨諸多挑戰(zhàn)，性能還未超越傳統(tǒng)計算機。從實踐者的角度看，量子計算的部署至少還需要幾年時間。
【 圖片來源：scientificamerican 所有者：Richard Kail Getty Images 】
到目前為止，提到量子計算大部分人都會認為這是一種革命性的技術，它利用量子力學的奇特特性更快解決問題，甚至解決普通計算機無法解決的問題。這些問題從數(shù)學到零售業(yè)，從物理到金融。如果率先掌握量子技術，將有利于提升國家的競爭力。
量子計算的前景在20世紀80年代首次得到認可，但至今仍未實現(xiàn)。量子計算機難以設計、建造和編程。其中，相干性、量子損失是巨大的挑戰(zhàn)，這對量子計算機的運營至關重要，這可能會導致重要程序在運營之前系統(tǒng)就崩潰。
雷鋒網了解到，目前全球有許多巨頭都參與了量子計算的競爭，國外的IBM、谷歌、英特爾，國內阿里、華為都取得了不同程度的進展，學術界以及國家實驗室也有量子計算的相關研究。
雖然IBM，谷歌和IonQ正在測試50 、72甚至-160量子位的設備，但每增加一個量子位就會使機器復雜程度增加兩倍，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，建造和操作量子計算機的每一步都很難，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，控制這個系統(tǒng)被證明非常困難，電磁脈沖的設計必須完美設計，因為來自外部環(huán)境的一小部分能量可能導致量子比特衰減。
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，當代量子計算機不太可能返回完全正確的答案，即使運行的時間比較短。
雖然技術和架構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)模量子計算所需的強大糾錯能力?；蛟S，幾年之后可能會取得突破。
與此同時，這個價值數(shù)十億美元的問題是，在完成普及的計算方式之前，我們如何從一臺不可靠的計算機中獲得有用的結果？
答案是，工業(yè)界、學術界和國家實驗室的研究人員都在尋求減少錯誤的方法。一種方法是基于各種噪聲大小的計算結果來猜測無差錯計算的結果。另一種完全不同的方法是，混合量子經典算法，只在量子計算機上運行程序中最關鍵的部分，大部分程序運行在更穩(wěn)定的經典計算機上。事實證明，這些策略和其他策略對于應對當今量子計算機的干擾問題非常有用。
雖然經典計算機也受到各種錯誤的影響，但這些錯誤可以通過適量的額外存儲和邏輯來糾正。量子誤差校正方案確實存在，但會消耗大量的量子位（量子位），以至于只有相對較少的量子位能用于實際計算。這將使量子計算機可以計算的任務大大減少。
為了更清楚地了解量子比特的消耗，今天最先進的基于量子門的量子計算機，它使用類似于計算機、智能手機或平板電腦中的數(shù)字電路的邏輯門，目前，最先進的量子計算機只有50個量子位。而目前常見的計算設備中通常有數(shù)十億個邏輯門。
麻煩的是，量子力學挑戰(zhàn)了我們的直覺。因此，我們很難找出執(zhí)行任務的最佳算法。為了克服這些問題，Los Alamos 國家實驗室的團隊正在開發(fā)一種方法來優(yōu)化在相干的量子計算機上執(zhí)行有用任務的算法。
算法可以理解為是告訴計算機執(zhí)行操作的列表，類似于烹飪的配方。與傳統(tǒng)算法相比，量子計算的算法最好盡可能短，并且研究團隊發(fā)現(xiàn)，最適合于給定硬件設備的特定缺陷和噪聲方案。這使得該算法能夠在退相干之前在約束時間框架內執(zhí)行更多的處理步驟，從而將正確結果盡可能提高。這種方法的主要思想是減少門的數(shù)量，試圖在退相干之前完成執(zhí)行，讓其他錯誤來源沒有成功的可能性。
當然，量子計算正一步步走向商用。摩根大通 （JPMorgan Chase&Co）看到了將量子計算作為一種具備潛力顯著加速金融計算的方法，自2017年底以來，該銀行一直與IBM的研究人員合作，試驗量子計算。
雖然距離部署還需要幾年時間，但摩根大通已經看到了一些小的成果，包括在理論上證明量子計算可以從根本上加速某些金融模型的成功。
摩根大通公司和投資銀行定量研究總經理Ning Shen表示，這項技術需要幾年時間才能成熟，部分原因是所需的硬件非常復雜，適應和創(chuàng)建新的量子算法需要時間。
至于公司何時可以開始從量子計算中看到可衡量的商業(yè)價值，時間從三年到十年不等，但這并不能阻止像摩根大通這樣的公司進行早期試驗。值得注意的是，據(jù)Gartner的預測，到2023年，包括企業(yè)或政府在內的組織預計將有20％為量子計算項目準備預算，而2018年不到1％ 。雷鋒網
雷鋒網參考 scientificamerican、gizmodo、wsj
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