量子計算機是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲以及處理的量子物理設(shè)備。

1980年俄羅斯數(shù)學(xué)家尤里.馬寧和理查德費曼第一次提出量子計算機的概念。

費曼認為只有使用量子計算才能進行真正的量子模擬研究。

1994年量子的并行計算優(yōu)勢被發(fā)現(xiàn)， Peter Shor 提出了休爾-大數(shù)分解算法

證明量子計算機可以快速完成大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解，而經(jīng)典計算機難以短時間完成超過2048位的大數(shù)分解。結(jié)合休爾算法量子計算機可以輕易攻破RSA等現(xiàn)代加密算法。

1996年格魯弗提出的格魯弗搜索算法證明量子計算機在最短路徑搜索等全局優(yōu)化問題中同樣有經(jīng)典計算機無法超越的能力。

什么是量子計算機

量子計算機是由量子比特和可以操縱這些量子比特的量子門構(gòu)成。

利用原子的自旋或者光子的偏振等特性，一個量子比特，可以同時存儲0和1兩種數(shù)據(jù)。四個量子比特就可以存儲16比特的數(shù)據(jù)也就是說N個量子比特存儲的信息等同于2的n個比特的數(shù)據(jù)。

量子門可以同時改寫所有量子比特的數(shù)據(jù)，因此N比特的量子計算機的一次計算就等效于經(jīng)典計算機2的N次的計算。也就是說一臺8核2.8GHZ的計算機進行12年連續(xù)不斷的計算得到的結(jié)果。

53比特的sycamore，一次計算就可以完成。

2020年8月google的量子團隊，用12個量子比特模擬二氮烯的異構(gòu)化反應(yīng)登上了science封面。

不少科學(xué)家將其視作量子計算機邁向?qū)嵱没牡谝徊健?/p>

Google CEO皮查伊甚至發(fā)文把這次比做“萊特兄弟的首次飛行。”

量子計算機的發(fā)展受到兩大因素的制約

1、有效量子比特數(shù)

2、量子比特的保真率

目前穩(wěn)定性最高的離子阱技術(shù)也只能控制70個左右的量子比特。而按照業(yè)界的估計一臺能夠真正解決問題的量子計算機需要至少一千個有效量子比特才能滿足需求。

其次是量子比特的保真度很低

保真度是指一個量子比特在工作中不發(fā)生錯誤的概率。

目前超導(dǎo)量子保真度可以做到99.4%，這意味著只要進行1155次計算得到的結(jié)果就有一般的概率是錯的。

谷歌團隊去年“秒殺”超算的計算結(jié)果其實也只有0.1%的保真度依舊無法運行休爾格魯弗等量子算法，

即便量子比特的保真度達到99.99%，再引入糾錯設(shè)計，也需要一百萬個量子比特才能保證有1000個左右的有效量子比特可用于實際計算。

如果對比經(jīng)典計算即得發(fā)展之旅，如今得量子計算機還處于經(jīng)典計算機再上世紀四五十年代得水平?？茖W(xué)家們還在為找出真正可用得量子比特硬件而努力。

諸多大公司都將實現(xiàn)商用量子計算機的目標定在十年后

達摩院從2018年創(chuàng)立量子實驗室以來首先開發(fā)發(fā)布了太章量子經(jīng)典電路模擬器。依托阿里云的強大算力再經(jīng)典計算機上實現(xiàn)對量子計算機的模擬，此后量子實驗室聚焦量子計算機的硬件設(shè)計領(lǐng)域以提升量子比特保真度為目標展開技術(shù)攻堅。尋求通過量子-經(jīng)典混合計算的方式不斷在尋找著量子計算機的最有實現(xiàn)方式