來(lái)源：theguardian，編輯：大明

　　【新智元導(dǎo)讀】各大科技巨頭對(duì)“量子霸權(quán)”的爭(zhēng)奪愈演愈烈，熱度簡(jiǎn)直堪比第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生時(shí)的追捧。實(shí)際上，由于量子系統(tǒng)穩(wěn)定性、配套和成本問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”離解決實(shí)際應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)，量子計(jì)算還無(wú)法很快改變世界。

　　第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)曾讓媒體興奮不已。

　　那是 1946 年的情人節(jié)，《紐約時(shí)報(bào)》首先報(bào)道了此事。該報(bào)在頭版講述了關(guān)于這臺(tái)“神奇的機(jī)器”的故事，并將其成為“二戰(zhàn)的最高機(jī)密之一”。它能夠以前所未有的速度處理數(shù)字信號(hào)，這臺(tái)名為“電子數(shù)字積分和計(jì)算機(jī)”（ENIAC）中包含 18000 個(gè)真空管，有望“徹底改變現(xiàn)代工程”。一些人認(rèn)為，ENIAC 將開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)代。

世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生于 1946 年初，包含 18000 多個(gè)電子管

　　70 多年過(guò)去了，我們又迎來(lái)了一個(gè)更加夸張的口號(hào)：“量子霸權(quán)”。有幾家公司，尤其是谷歌、IBM 和總部位于加州的 Rigetti，正在競(jìng)相建造一臺(tái)機(jī)器，實(shí)現(xiàn)了所謂的“量子霸權(quán)”。這一壯舉將標(biāo)志著量子計(jì)算機(jī)首次超越最優(yōu)秀的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的時(shí)刻的到來(lái)。作為這些企業(yè)中的領(lǐng)軍者，谷歌預(yù)計(jì)可以在今年內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

　　量子計(jì)算機(jī)可以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地解決某些問(wèn)題。在藥物開(kāi)發(fā)、材料設(shè)計(jì)、天氣預(yù)報(bào)、股票交易等事務(wù)上，量子計(jì)算機(jī)都可以提供幫助，它們可以同時(shí)執(zhí)行大量的計(jì)算任務(wù)。自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)，但直到最近才開(kāi)始制作原型機(jī)。

　　與其主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一樣，谷歌也正在構(gòu)建所謂“通用門”量子計(jì)算機(jī)。它與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有相似之處，不同之處在于，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)處理的 0 和 1 的數(shù)字位，量子計(jì)算機(jī)則使用“量子位”，它可以取 0 到 1 之間的任何值。

　　當(dāng)量子位通過(guò)量子糾纏相互連接時(shí)，量子計(jì)算機(jī)有能力完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上需要花數(shù)十億年才能完成的計(jì)算任務(wù)。今天最大的量子計(jì)算機(jī)有大約 20 個(gè)超導(dǎo)量子位。預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”的下一代芯片將至少將這個(gè)數(shù)字提升至 50 個(gè)。

　　系統(tǒng)脆弱、價(jià)格奇高：“量子霸權(quán)”就是說(shuō)說(shuō)而已

　　“量子霸權(quán)”將是科學(xué)上的一項(xiàng)了不起的成就。但它并不會(huì)很快改變世界。事實(shí)是，可以在今天的量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的算法其實(shí)并沒(méi)有多大用處。比如，其中一種主要算法會(huì)使量子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)非常有用，但對(duì)于其他方面呢？可能用處不大。

　　波士頓咨詢集團(tuán)最近的量子計(jì)算報(bào)告已經(jīng)催生 100 多位專家和 150 篇同行評(píng)審的論文。該報(bào)告認(rèn)為，第一批量子計(jì)算應(yīng)用將在三到五年內(nèi)開(kāi)發(fā)完成，量子計(jì)算機(jī)采用材料模擬，可以減少昂貴、耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。報(bào)告稱，未來(lái)幾十年，量子計(jì)算機(jī)帶來(lái)的生產(chǎn)力增長(zhǎng)將達(dá)到 4500 億美元（3720 億英鎊）。

　　好吧，不要忘了我們還有很長(zhǎng)的路要走。要計(jì)算一些有用的東西 - 比如說(shuō)，一種新物質(zhì)的化學(xué)特性，需要幾百萬(wàn)的量子比特。但要從 50 個(gè)量子比特?cái)U(kuò)展到數(shù)百萬(wàn)量子比特并不是件容易的事。事實(shí)上，這個(gè)挑戰(zhàn)是很艱巨的。

　　一個(gè)重要問(wèn)題是，量子系統(tǒng)異常脆弱。為了保持量子行為的進(jìn)行，量子比特芯片需要封裝在帶真空泵的密封盒中，以去除雜散空氣分子，或者將溫度冷卻到僅僅稍高于絕對(duì)零度的極低溫。要實(shí)現(xiàn)更多的量子比特通信意味著需要更多的冰箱、更多的連接和更高昂的費(fèi)用。

　　更糟糕的是，這些設(shè)備對(duì)哪怕最微弱的干擾也非常敏感，即使是腳步聲也會(huì)讓它們出現(xiàn)錯(cuò)誤。即使將系統(tǒng)安置在遙遠(yuǎn)的保護(hù)機(jī)房中，并通過(guò)云端訪問(wèn)，也不清楚百萬(wàn)量子比特計(jì)算機(jī)是否能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

　　困難還不止這些。量子計(jì)算機(jī)不是獨(dú)立的設(shè)備，需要傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備來(lái)支持，實(shí)現(xiàn)編程、操作和監(jiān)控。除此之外，還有機(jī)器輸出的計(jì)算負(fù)載也是個(gè)大問(wèn)題。一臺(tái)運(yùn)行在幾千兆赫茲的 1000 萬(wàn)量子比特的量子計(jì)算機(jī)每秒會(huì)發(fā)送超過(guò) 10TB 的數(shù)據(jù)。這堪稱信息海嘯，甚至超過(guò)了 CERN 的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的信息量，這些信息必須由傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理。

　　今天，一個(gè)單量子比特量子計(jì)算機(jī)成本就高達(dá) 10000 美元，這還沒(méi)有考慮研發(fā)成本。以這個(gè)價(jià)格，一臺(tái)真正有用的通用量子計(jì)算機(jī)僅硬件成本至少就要 100 億美元。對(duì)于真正的商業(yè)價(jià)值遠(yuǎn)未得到證實(shí)的機(jī)器而言，早就突破了天價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　為了讓量子計(jì)算機(jī)獲得商業(yè)上的可行性，單位量子比特的成本必須大幅壓縮才行。但具體要怎么實(shí)現(xiàn)，沒(méi)人知道。學(xué)者推測(cè)，相互疊加設(shè)備可能是一條路，但美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的一份報(bào)告顯示，這條路看上去并不樂(lè)觀，他說(shuō)：“目前尚不清楚，這些技術(shù)是否或何時(shí)可以擴(kuò)展到所需的水平”能夠解決商業(yè)上的實(shí)際問(wèn)題。

　　計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的人傾向摩爾定律的作用，及每年可以在芯片上安裝的晶體管數(shù)量增加一倍。但摩爾定律并不是自然法則，我認(rèn)為沒(méi)有理由對(duì)此保持樂(lè)觀。給傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性變革的是半導(dǎo)體、晶體管和最終的微芯片的出現(xiàn)：換句話說(shuō)，今天的量子計(jì)算機(jī)更像是處于最早期 ENIAC 時(shí)代，還在使用電子管和繼電器，離晶體管的出現(xiàn)還早呢。

　　研究人員需要繼續(xù)前進(jìn)。他們必須認(rèn)真、嚴(yán)格地審視正在構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)，并努力研究如何讓它們變得真正實(shí)用。如果我們想讓量子計(jì)算機(jī)幫助解決人類的問(wèn)題，還需要大幅度的提升和改進(jìn)才行。“量子霸權(quán)”將是計(jì)算史上的一個(gè)里程碑，但這應(yīng)該是我們努力的起點(diǎn)，而不是終點(diǎn)。

　　原文鏈接：https://www.theguardian.com/technology/2019/aug/02/quantum-supremacy-computers

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的“量子霸权”实现了，100亿美元的量子计算机离你有多远？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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