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一圖看懂:過去20年量子計算的爆炸式發展

雖然量子計算目前還不是一個家喻戶曉的詞,但“在不久的將來,量子計算可以改變世界”已經成為了共識,因為從電信和網絡安全到先進製造、金融、醫藥等,量子計算可以潛在應用到各個行業。

所謂量子計算機,則是配備有先進處理能力的超級計算機。理論物理學家Richard Feynman於1981年在麻省理工學院首次提出其相關概念。

傳統計算機主要依賴於二進製系統,基本計算單元是“比特”,而量子計算機中的基本計算機單元是“量子比特”(qubits)。通常一個“比特”只能表示“0”和“1”這兩種可能狀態中的其中一種,而一個“量子比特”則可以同時表示兩個狀態。

換句話說,n個“比特”只能表示2n個狀態中的一個,n個“量子比特”卻能同時表示2n個狀態。而從上世紀90年代開後期開始,一場關於建造功能最強大、量子比特最多的量子計算機競賽就已被拉開了序幕。

1998年,牛津大學發布了量子計算機的首次演示。該校研究人員宣布,他們利用兩個量子比特計算信息的能力取得了突破性進展。

到了2000年,慕尼黑工業大學的研究人員製造出了擁有5個量子比特的計算機。

同年,計算機寄存器中的量子比特數量在美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)手中又增加到了7個。

2007年2月,加拿大D-Wave系統公司宣布研製成功16位量子比特的超導量子計算機,但其作用僅限於解決一些最優化問題,與科學界公認的能運行各種量子算法的量子計算機仍有較大區別。同年11月2日,這家公司又演示了他們聲稱的28量子位的絕熱量子計算機。

時間又再推進到2017年,美國IBM宣布成功研製一款50量子位處理器原型,不過沒有發表任何研究論文。

新華社當時援引業內專家表示,儘管不清楚該處理器原型的性能細節,但這一事件說明“量子霸權”爭奪戰正進入關鍵期,不過量子計算距實際應用仍有距離。

2018年初,英特爾又推出了一款49量子比特超導量子測試芯片,名為“Tangle Lake”。

英特爾的官網聲明說,這款芯片代表著該公司在開發從架構到算法再到控制電路的完整量子計算系統方面的“一個重要里程碑”,將使得研究人員能夠評估和改進糾錯技術,並模擬一些計算問題。

然而僅僅過去不到兩個月,谷歌公司又發布72量子比特的量子處理器“Bristlecone”。

谷歌量子AI實驗室研究科學家Julian Kelly介紹稱,該處理器能顯示的最佳結果可達到極低的讀數錯誤率(1%)、單量子比特門(0.1%)以及最重要的雙量子比特門(0.6%)。

同年8月,初創企業Rigetti Computing更是宣布,計劃在未來12個月內構建基於新芯片架構的128量子比特計算機。

不過該公司創始人Chad Rigetti表示:“當前我們關注的是追求量子優勢。量子技術沒有確鑿的證據,即便實現,其效用也不會很微妙”。

今年1月,IBM還在消費電子展(CES)上推出了其首款商用量子計算機。其運用IBM的Q系統,主要使用20個量子位,同時具有經典和量子組件。

但該公司的聲明也提到,商用量子計算機要能夠擊敗今天的傳統計算機還需要一段時間:

“IBM Q系統有朝一日能夠解決當前被認為過於複雜且難度呈指數級增加的問題,這是經典系統難以處理的。”

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