Google、IBM、中科院，比一比誰先實現量子計算霸權？

前天，科技圈的「重磅」、「突破」，可能又是一條「明明每個字都認識」系列的新聞：

中科院在5月3日宣布建造了世界上第一台超越早期經典計算機的光量子計算機，自主研發10比特超導量子線路樣品，通過發展全局糾纏操作，成功實現了目前世界上最大數目的超導量子比特的糾纏和完整的測量。

其實中科院就是想用一條重磅新聞告訴你，以後別動不動看見什麼重磅新聞就震驚，量子計算機這件事我們自己也在做。而且不管誰突破了，你還不是照樣看不懂。┑(￣Д ￣)┍

根據中科院的介紹，2016年就首次實現了10光量子糾纏操縱，隨後在此基礎上構建了針對多光子「玻色取樣」任務的光量子計算原型機，速度比之前國際同行所有類似實驗快了至少2.4萬倍。

對關鍵詞進行提取之後得到這條新聞的要義：建造世界上第一台10比特量子計算機。

而上一次的突破是Google在2015年聯合NASA和加州大學聖芭芭拉分校宣布實現了9個超導量子比特的高精度操縱。

所以突破點在於這10比特，相較於Google之前維持的世界紀錄和IBM在2016年實現的5個量子比特的量子計算機，這是頭一次有人把可操作的量子比特上升到兩位數。

那麼問題就來了，為什麼要這麼仔細的一個量子比特一個量子比特的去競賽呢？一個比特的提升也這麼值得歡呼嗎？

在4月23號，Google剛立了一個Flag，要在年底打造出世界上第一台可以超越傳統計算機的量子計算機，實現49個量子比特的操控，實現「量子霸權」。

雖然不明白，但是好像很厲害，這個量子霸權究竟是什麼東西呢？根據目前主流的說法：

「量子霸權」是美國加州理工學院物理學家約翰·普瑞斯基爾發明的詞，它為量子計算機設定了一個初步的標準：目前頂級的超級計算機能夠完成成5到20個量子比特的量子計算機所做的事情，但超過49個左右量子比特后，量子計算機的能力讓超級計算機望塵莫及。

所以說現在所出現的量子計算機，其實還不夠「重」，並沒有達到傳統超級計算機的水平，但是達到量子霸權的水平之後，量子計算機就有可能成為傳統計算機的替代者了。

所以對於上面那個答案的回答，可能是，誰都想在下一場所謂計算機革命的山頭插上自己的旗。

雖然我們的電子計算設備的計算能力每年仍在提升，但其實支配傳統計算機速度繼續翻倍的摩爾定律已經快撐不下去了。而我們至今還沒達成在手機上玩3A大作的夢想（科學家誰管你這個），所以如果量子計算機有了突破性進展，那麼也就意味著將再一次迎來二十一世紀初那段日子——每年的新電腦都能給你帶來爆炸的體驗提升。而其所帶來的變革也會更大，比如什麼VR、AR、人工智慧也就都不在是現在這幅半成品模樣。

從2015年開始這場競賽就已經很激烈了，主要的玩家有Google，IBM，Intel，Microsoft，但是Intel專註硅量子點技術，微軟則選擇拓撲量子計算，兩者都比較冷門，主要的競爭就只在Google和IBM之間。

此前的一直沒怎麼在這場競賽中露面，這次推出號稱「首台量子計算機」，背後有中科院也有阿里巴巴。

量子比特，也就是各國各大佬在逐個競賽的東西，它遵循兩個基本原理：量子疊加和量子糾纏，能實現計算能力質的的飛躍。

簡單來說，量子計算機和傳統計算機最大的不同之處就在於量子。中科院是這樣解釋的：

傳統計算使用的運算規則是二進位的，用0和1記錄信息狀態，每一步能做到的只有2的一次方——2次運算。量子計算機由量子狀態來描述信息，它們擁有更快速的運算方式。比如，2個量子態（也可以稱作「2個比特」）的量子計算機，每一步可做到2的2次方——也就是4次運算。3個比特的量子計算機，每一步可以對信息做到2的3次方——8次計算。

這就是量子疊加，能同時處於兩種狀態的量子能并行處理兩個問題，相當於左手和右手同時都能寫作業，而每增加一個量子，這樣的能力還要繼續翻倍。

「薛定諤的貓」所描述的就是一個量子力學的理想實驗：盒子里是貓和毒藥裝置，毒藥裝置里的粒子衰變後會讓毒氣釋放，貓吸入毒氣後會死亡。根據量子力學的原理，但在打開盒子觀測之前，這隻貓永遠都同時存在死和活的疊加狀態。

這同時也導致了觀測帶來的量子的不穩定性，只要打開盒子，貓的狀態就塌縮成一種，要麼死了，要麼或者，但你並不知道塌縮是什麼時候發生的。量子跟這隻貓差不多，再被你看到真相之前，它是多種狀態的疊加，一旦介入觀測，就會坍縮成一種固定狀態。

疊加的狀態很神奇，但這只是第一步，量子計算機在實現量子疊加之後還要實現量子糾纏，也就是讓量子之間相互作用，這個概念更神奇，愛因斯坦曾經叫它是詭異的超距離作用（spooky action at a distance）。

糾纏這個詞十分具有想象力，不管對於人類還是量子來說，「糾纏」都帶著一股神奇的力量。比方說，儘管你已經和前男友分手了，他還是能不斷的打電話發簡訊讓你心煩。

量子糾纏的力量要更古怪一些，它甚至不需要電話、簡訊或者任何通訊介質。如果兩個粒子的距離足夠近，它們就會糾纏在一起，即便把這兩個粒子分開，再遠，天各一方，它們還會保持糾纏的狀態。而且只要兩個粒子糾纏上了，就算沒有手機、郵件、以及任何溝通方式，只要你對一個粒子進行測量，在遙遠的另一方的粒子狀態也會受到影響。

糾纏是實現量子計算必須的一步，但因為量子的不確定性也很難實現。除此之外，超導體運行需要極低的溫度，就算理論的問題解決了，不能接受在零度以下玩電腦也不能實現讓量子計算機走進千家萬戶。對於這一點，IBM想到的解決辦法是將超導電路置於龐大的零度以下電冰箱中，然後將五個量子比特的計算機以平台的形式進行共享。

說了這麼多，但其實到現在也還是沒有一台實用的量子計算機，並且擴展性可編程性也有待解決。但是就說如果量子計算機真能按計劃發展，先從演算法來講，對於各位程序員來說首先就是一擊。

截圖來自知乎