（文章來源：上品悅讀）

量子計(jì)算機(jī)可以解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的問題，比如模擬原子的行為。今日量子計(jì)算領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一是增加量子位元的數(shù)目。目前，系統(tǒng)中更多的量子位意味著更少的精度。一臺通用量子計(jì)算機(jī)可以有效地解決一大堆經(jīng)典計(jì)算機(jī)根本無法解決的問題。這樣的機(jī)器可以模擬原子或化學(xué)反應(yīng)的行為，幫助優(yōu)化城市交通流量等問題，或在大量數(shù)據(jù)中尋找“大海撈針”的答案。目前，這些應(yīng)用都是基于推測，估計(jì)10-15年后才會成為現(xiàn)實(shí)。

然而，一些實(shí)驗(yàn)性的計(jì)算機(jī)架構(gòu)正在成為有前途的平臺。一些系統(tǒng)使用超導(dǎo)體來控制電子的狀態(tài)，另一些系統(tǒng)使用光子或離子阱，這是在真空系統(tǒng)中捕獲離子的電場或磁場的組合。每種技術(shù)都有自己的優(yōu)勢和一長串的發(fā)展問題，但整個量子計(jì)算機(jī)行業(yè)仍然面臨幾大巨大的挑戰(zhàn)。目前量子計(jì)算仍處于實(shí)驗(yàn)階段，在真正的應(yīng)用出現(xiàn)之前，研究人員必須那些巨大的挑戰(zhàn)，而那些宣稱量子計(jì)算機(jī)很快就得到商用的一定是虛假的。

在2018年，沒有一家公司能夠提供商業(yè)上有用的通用量子計(jì)算機(jī)。德國亞琛工業(yè)大學(xué)的亨德里克布盧姆表示：“如果你看到量子計(jì)算領(lǐng)域的大公司的推銷詞，你會發(fā)現(xiàn)它們過分強(qiáng)調(diào)了量子計(jì)算的發(fā)展?fàn)顩r及其實(shí)用性。”

有些人公布量子位元數(shù)，卻不公布任何表現(xiàn)，其他人則在積極地推銷量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)可行性，盡管目前已被證實(shí)的量子計(jì)算的應(yīng)用程序數(shù)量為零。目前，通往量子計(jì)算的道路有兩條，要么是讓量子處理器增強(qiáng)經(jīng)典數(shù)字計(jì)算機(jī)的混合系統(tǒng)，要么是模擬量子模擬器，利用量子的奇特性質(zhì)來執(zhí)行非常具體的任務(wù)。真正的通用量子計(jì)算機(jī)比目前正在開發(fā)的系統(tǒng)要復(fù)雜一個數(shù)量級。

“小型超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)投入使用。”量子材料與技術(shù)中心的研究員說。然而，他們?nèi)匀粵]有達(dá)到量子計(jì)算的至高境界，在這一點(diǎn)上量子計(jì)算機(jī)可以超越經(jīng)典的超級計(jì)算機(jī)，即便是超導(dǎo)計(jì)算機(jī)也會大大遜色于量子計(jì)算機(jī)。盡管量子計(jì)算的資金不斷涌入，但缺乏可靠的性能，盡管真實(shí)世界造出量子計(jì)算的應(yīng)用程序似乎并不是問題，但這些問題需要在不久的將來得到解決，以確保資金不會進(jìn)一步枯竭。

量子計(jì)算機(jī)能力的核心是量子比特。經(jīng)典的計(jì)算機(jī)比特總是以1或0的形式編碼，量子位可以以0和1的疊加形式存在。單量子位系統(tǒng)在20年前首次被演示，從那時起，它們的性能有了顯著的提高。布魯漢姆說：“這里的一個挑戰(zhàn)是將獨(dú)立的、可控制的系統(tǒng)隔離得足夠好，使它們滿足保真度要求。”“我認(rèn)為可以公平地說，這已經(jīng)解決了單個量子位的問題，這就是為什么這個領(lǐng)域現(xiàn)在受到如此多的關(guān)注。”

然而，為了利用量子計(jì)算的潛力，你需要有多個量子位元的系統(tǒng)。這些相互作用的量子比特可以用于完成簡單的邏輯計(jì)算但不能完成單量子比特或經(jīng)典處理器，目前谷歌和IBM努力增加量子位的數(shù)量已經(jīng)表明，當(dāng)你添加更多的量子位，系統(tǒng)的準(zhǔn)確性變得越少，這種準(zhǔn)確性的誤差非常大，與人們的預(yù)期相差一到兩個數(shù)量級。

噪聲是構(gòu)建通用量子計(jì)算機(jī)的主要挑戰(zhàn)之一。量子態(tài)是如此微妙，以至于最輕微的環(huán)境擾動都可能導(dǎo)致錯誤，從而使整個計(jì)算變得毫無用處。

第一個糾錯代碼是在90年代初開發(fā)的，它不是很穩(wěn)健，容忍每100次操作產(chǎn)生一次錯誤，但是這種糾錯制度已經(jīng)不合適了，百分之一的犯錯率足以讓今天的計(jì)算系統(tǒng)癱瘓，另外我們更希望計(jì)算系統(tǒng)能夠自動糾錯，自我檢查錯誤，希望能在錯誤發(fā)生之前盡快糾正錯誤，這就能讓計(jì)算機(jī)變得更加智能化。

我們知道目前關(guān)于量子計(jì)算的軟件和應(yīng)用程序并沒有開發(fā)出來，但更缺乏隨時可用的高級硬件，這是所有量子計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的真正障礙。我們不可能去一家公司購買離子阱，因?yàn)闆]有哪家公司能造出來性能穩(wěn)健的硬件。

總有一天，商用量子計(jì)算機(jī)可能會出現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域我們更關(guān)心的話題是計(jì)算機(jī)的性能、速度和可承受性。目前，所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須首先證明基本的可行性，量子計(jì)算機(jī)也不例外，只有在最基本的性能、速度方面過關(guān)了才能贏得大眾的信任。這意味著量子計(jì)算與半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)將有更緊密的聯(lián)系，研究人員也要補(bǔ)充半導(dǎo)體制造知識，這將導(dǎo)致量子位制造帶來更大的突破，帶來更大的可靠性。
（責(zé)任編輯：fqj）