欢迎来到量子时代
在 2012 年的一篇文章中，理论物理学家 John Preskill 提出了以下问题：“大规模量子系统的演化是非常非常困难，还是非常困难？” 七年后，我们得到了答案：这非常非常困难。
最近，一篇关于该主题的研究论文出现在网上的时间很短，而且很偶然。 高级科学期刊《自然》同意发表这篇论文，但在临时发表时，该论文仍处于保密状态。
该论文透露，谷歌已经实现了 Preskill 所说的“量子霸权”。 这家互联网巨头的研究人员使用量子计算机在三分钟内完成了一项计算，而 Summit 是目前世界上最强大的 IBM 超级计算机，需要 10.000 年的处理时间。
量子霸权的明确表达。 人们一致认为，这份机密文件确实代表了技术史上的一个里程碑。
它可能是两个时代之间的分水岭：一个“之前”，当量子计算机被依赖于超越硅的时候，以及一个“之后”，当这真的发生了。 到目前为止，关于第二个时代的讨论很多。 现在它已经到了
相当大的飞跃
谷歌的实验包括进行“电路采样”。 该测试验证机器从随机输入开始执行的处理是否可以适应特定模型。
选择这个相当奇怪的任务是为了适应量子计算机的特性，同时也是为了比较经典计算机上的相同处理。
这是一个几乎没有实际意义的实验，即使人们普遍认为随着时间的推移，量子计算机能够处理具有实际重要性的问题，并且对普通人的生活来说更为正常。
这些可能与新药物和材料的设计或机器学习有关。 此外，它们还可以淘汰当今保护世界秘密的加密代码。
从比特到量子比特
量子计算机采用三个概念。 一是“量子叠加”，即薛定谔著名的死猫和活猫背后的思想。 与只能有两种状态（一或零）的经典位不同，量子位可以是两者的组合。
例如，谷歌的机器有 53 个量子位，它们之间可以表示近千万种可能的重叠状态。
二是“纠缠”。 它将跨越时间和空间的量子粒子结合在一起。 在标准计算机中，每一位都与下一位的状态严格相关。
量子计算中的量子位高度交织在一起。 重叠和纠缠量子位的数学运算可以或多或少同时作用于单个计算过程中的所有量子位。
量子计算机的工作原理
量子计算从一个接一个地接近量子位开始。 为了尽可能简化，可以说它使一个量子位为 XNUMX 或 XNUMX，然后与它的邻居相交。 完成后，他让量子物理规则与随时间演变的量子比特的状态和联系一起工作。
最后（但不是之前，因为它会搞砸计算），同时检查量子位以获得答案。
主要工作是在十亿个错误答案中找出正确答案。 这就是第三个想法，即反直觉的想法，发挥作用的地方。
在经典物理学中，概率必须用正数表示。 假设下雨的可能性为 30%。 量子力学使用了一个相关的概念，称为“振幅”。 这些既可以是消极的，也可以是积极的。
你必须让代表错误答案的振幅相互抵消，而代表正确答案的振幅出现。 通过这种方式，开发人员可以接近正确解决方案的可接受近似值。
在实验室里更复杂
这是教科书上的解释。 在实验室里，事情变得更加复杂。 量子叠加和量子关联是极其微妙的现象。
例如，相邻分子的波动会打断它们并使计算变得困难。
大多数在量子计算机上开发的项目都要求机器保持在低于外层空间的温度，并且它们被安置在特殊的房间里。
它还需要很多专门人员来跟踪处理过程。
错误检测问题
然而，无论是科学家们高超的技术，还是理想的实验室条件，都无法避免错误的发生。
量子科学家面临的最大问题是发现和纠正计算中的错误。 正如我们所说，使用量子计算开发实际应用程序需要比传统设备多得多的处理能力。 在这种规模下，出错的风险大大增加。
这种事态促使计算机行业的大公司，如 IBM、英特尔和微软，以及最聪明的人，如查德·里盖蒂 (Chad Rigetti)，构建更好、缺陷更少的开发工具包。
高效算法
与这场建造更好机器的竞赛并行的是开发高效量子算法的竞赛。 迄今为止最著名的案例可能是 Peter Shor 于 1994 年在贝尔实验室设计的因式分解算法。
Shor 开发了一种带有量子涡轮增压器的数学算法，该算法允许将整数快速分解为其分量素数。
这让密码学家感到害怕，他们是一群科学家，他们的价值与执行 Shor 算法的难度有关。
但如果量子计算机真的要实现，那么就需要新的算法。 许多实际应用（药物、材料等的设计）本身都依赖于量子过程，这一事实将促进此类算法的开发。
事实上，这也是为什么直到现在都很难开发出那种应用程序的原因。
设备少？
尽管量子计算前景广阔，但该领域的许多研究人员对“量子霸权”一词感到不安。 我感到不舒服，因为量子霸权的出现意味着一个转折点，一旦越过这个转折点，几十年的应用计算就会以某种奇怪而惊人的名义被推到阁楼上。
而且，尽管谷歌文件确定了“之前”和“之后”，但构建高效的量子设备以实现实际应用并非易事。
大多数人认为预测量子计算将取代经典计算是一场赌博。 与量子计算机在极低温度下运行相关的实际方面就是一个例子。
毫无疑问，政府、大公司和最富有的大学都会拥有自己的汽车。 其他人将在连接到云的量子版本的设备上租用时间。 无论如何，量子计算机的总数都会受到限制。
这很好。 无论如何，我们可能对这一预测持怀疑态度，回顾经典计算的开端，这是选民的事情。 1943 年，时任 IBM 总裁的托马斯·沃森 (Thomas Watson) 表示：“我认为世界市场可能需要五台计算机。” 对某些因素的错误预测，也许是十亿个因素。
摘自 26 年 2019 月 XNUMX 日的《经济学人》
