如何正确看待量子計算的突破？

近年來，“量子”概念被媒體抄的火熱，受到了媒體和資本的熱捧。谷歌、IBM、英特爾、阿裡、中科大等公司紛紛宣布自己在量子計算方面取得的成績，若有若無的掀起來一場關于量子比特數量的科技競賽。

然而，這種量子比特的競賽噱頭居多，與其說是取得計算突破，倒更像是企業高科技光環的包裝和營銷。目前研發出來的量子計算機，并非标準量子計算機，隻能做特定的應用，隻會成為電子計算機的補充，而無法替代電子計算機。

量子計算為何被很多人看好？

近年來，傳統計算機發展中已經逐漸遭遇功耗牆、通信牆等一系列問題，加上摩爾定律開始失效，晶片性能的增長開始放緩，傳統計算機的性能增長潛力和增長速度都已大不如前。在這種情形下，探索全新實體原理的高性能計算技術的需求就應運而生。

量子計算的基本原理是以量子位作為資訊編碼和存儲的基本單元，通過大量量子位的受控演化來完成計算任務。一般選用處于糾纏狀态的量子，比如光子的兩個偏振态、電子的兩個自旋态、離子的兩個能級來建構量子位。

想必很多人都聽說過薛定谔的貓，而量子位就類似于那隻貓的狀态。一個量子位可以同時處于0狀态和1狀态，當量子系統的狀态變化時，疊加的各個狀态都可以發生變化。

相對于隻能表示0和1的半導體，量子位能同時表示0和1兩個狀态，這就使量子計算機在并行計算上具有巨大優勢——畢竟N個量子位可同時存儲2的N次方個資料，資料量随N呈指數增長。同時，量子計算機操作一次等效于電子計算機要進行2的N次方次操作的效果，等于是一次演化相當于完成了2的N次方個資料的并行處理，這是現在的電子計算機所不具備的。

是以，量子計算在核爆模拟、密碼破譯、材料和微納制造等領域具有突出優勢，是新概念高性能計算領域公認的發展趨勢。

為何說現在的量子比特競賽更像企業營銷？

近年來，全球科技公司和研究機構在量子計算機和量子比特數目上發起了科技競賽。

2015年，谷歌推出了D-Wave量子計算機，宣傳其在解決問題時能夠比其他任何計算機都快出一億倍。

随後，中國科學技術大學等機關聯合研制了2台量子計算原型機，一台基于線性光學，達到5個量子比特。另一台基于低溫超導系統，這台量子計算機有10個量子比特。

在幾個月前，美國IBM公司宣布取得重大進展，成功研發出20量子位的量子計算機，并成功建成并測試全球首台50個量子比特的量子計算原型機。

在不久前，美國英特爾公司釋出了一款代号為Tangle Lake的超導量子測試晶片，這款晶片具有49個量子比特。

然後，谷歌釋出了具有72個量子比特的“通用量子計算機”，在量子比特數目上達到全球第一。

上述量子計算方面取得的技術突破讓人看得眼花缭亂。媒體添油加醋的報道則讓大衆對量子計算摸不着頭腦。特别是媒體和一些專家一直在鼓吹50個量子比特就能實作量子制霸（quantum supremacy）的背景下，很多人恐怕會誤以為量子計算革命即将到來。

那麼，專家說50個量子比特就可以實作量子制霸，英特爾和IBM都已經達到量子制霸的門檻了，為何還要說标準量子計算機非常遙遠呢？

真的要實作量子制霸，能夠制造出取代經典計算機的量子計算機，必須要具備50個以上的量子比特，而且随着電子計算機性能的穩步提升，需要的量子比特數量可能還會增加。

量子比特分為實體比特和邏輯比特。實體比特的穩定性存在一定瑕疵，因而隻能通過對數個實體比特做備援處理，最後生成了一個邏輯比特。相對于實體比特，邏輯比特有較好的容錯特性。

“量子稱霸”的含義就是用50個以上的實體比特，在某個數學問題上超越傳統的計算機，這個說法提出時可能也不是為了營銷，而是給大家發展技術設立一個标志性的節點，既彰顯成果又激勵前進，後來這個概念就被過度解讀了。畢竟媒體也是迎合讀者，讀者不抱着科學的态度，媒體也就投其所好，吸引眼球最重要。

在很多公司的宣稱和媒體的報道中，隻說是量子比特，至于是實體比特，還是邏輯比特，全靠讀者和媒體去猜。然後一些媒體看到49、50個量子比特的數量，再一看50個量子比特就可以實作“量子制霸”，紛紛報道“IBM/谷歌/英特爾量子計算機秒殺中國超算”、“量子計算機顯神威，太湖之光落寞了”。

但事實上，這些量子計算機還處于非常原始的階段，不僅性能有限，而且隻能用于特定應用。

量子計算機将會成為電子計算機的補充

就目前來看，量子計算機無法取代經典計算機，隻會成為電子計算機的補充。

為何這麼說呢？

主要是因為實作不了編碼邏輯比特。

之前介紹了，如果要制造出超過經典計算機的标準量子計算機，就必須至少獲得50個邏輯比特。而且50個邏輯比特并不是終點，而僅僅是一個新起點——瑞士蘇黎世皇家理工學院的實體化學家馬科斯.雷勒表示：“如果我們擁有超過 200 個邏輯比特位，我們就能在量子化學上做到傳統計算機無法做到的事情，如果擁有 5000個邏輯比特位，量子計算機将為這一領域帶來颠覆性的改變。”

隻不過，目前，全球沒有任何一家公司或科研機構，能夠做出哪怕一個邏輯比特。

除了實作不了編碼邏輯比特之外，還有系統擴充、邏輯門精度、相幹消等幾個方面。正是因為存在這些技術瓶頸，現在大家研發出來的量子計算機，都隻稱為原型機，都隻能做單一特定功能，無法實作通用量子計算。何況這些量子計算原型機的性能也是比較一般的，在很多商業公司的宣傳文稿中，所謂的“快出一億倍”其實是在玩田忌賽馬的遊戲。

一些一線科研人員甚至懷疑能不能實作标準量子計算機。有的向鐵流用了比較委婉的說辭：标準量子計算機也隻是一些人提出來的，最後實作的量子計算機未必是這種（标準量子計算機）。

換言之，就是最後的量子計算機很可能會成為專用機，不僅無法取代現有的電子計算機，而隻會成為電子計算機的補充。

量子計算被過度炒作不利于行業的發展

目前，有一個很不好的現象，無論是谷歌、IBM、英特爾等國外公司，還是一些國内巨頭，每當取得一點成績後，就大肆鼓吹，通過文字遊戲和宣傳的藝術，讓大家看的雲裡霧裡的。這些非常藝術的文字往往會讓大衆産生誤解，讓普通老百姓感覺到量子計算機革命即将到來。

誠然，商業公司對股東和利潤負責是本分，為自己裝扮高科技光環也能夠了解。但過度的炒作未必有利于行業的發展。像谷歌建成“通用量子計算機”，以及阿裡之前大肆宣傳的“太章”，都是非常不好的例子。

打個比方的話，您要在PC上玩遊戲主機上的遊戲，于是在PC上安裝一個遊戲模拟器，“太章”好比是遊戲模拟器。

但在媒體宣傳上，諸如“中國高科技股跑赢美國 阿裡研制“太章”世界最強”等消息不絕于耳。在一些報道中還有把“太章”把IBM、谷歌、英特爾等公司研發的量子計算原型機進行對比，這完全是驢頭不對馬嘴。何況這種模拟器并非阿裡首創，隻不過宣傳能力上遜色于阿裡因而鮮有人知。

全球巨頭應當更加低調的一步一個腳印走，取得一丁點進展就連篇累牍的炒作，仿佛量子計算革命即将到來，這種行為并不利于行業的健康成長。

原文釋出時間為：2018-05-25

本文作者：鐵流

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