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Google|強大的量子計算機可以破解加密并解決經典計算機無法解決的問題

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強大的量子計算機可以破解加密并解決經典機器無法解決的問題 。 雖然目前還沒有人成功制造出這樣的設備 ， 但最近我們看到了進步的步伐——那么 ， 會是新的一年嗎？目前 ， 努力集中在一個被稱為量子霸權的重要里程碑上：在合理的時間范圍內 ， 量子計算機能夠完成經典計算機無法完成的計算 。

谷歌在2019年首次使用具有 54 個量子位（常規計算位的量子等價物）的設備來執行稱為隨機抽樣計算的基本上無用的計算 ， 從而實現了這一目標 。 2021 年 ， 中國科學技術大學的一個團隊使用 56 個量子比特解決了一個更復雜的采樣問題 ， 后來又用 60 個量子比特將其推得更遠 。
但IBM 的Bob Sutor表示 ， 這種跨越式游戲是一項尚未產生真正影響的學術成就 。 只有當量子計算機明顯優于經典計算機并且能夠解決不同問題時 ， 才能實現真正的霸權 ， 而不是目前用作基準的隨機抽樣計算 。
他說 ， IBM 正在努力實現“量子商業優勢”——在這一點上 ， 量子計算機可以比傳統計算機更快地為研究人員或公司解決真正有用的問題 。 Sutor說 ， 這還沒有到來 ， 也不會在新的一年到來 ， 但可以預期在十年內 。
量子軟件公司Classiq的聯合創始人Nir Minerbi則更為樂觀 。 他認為 ， 新的一年將在一個有用的問題中展示量子霸權 。
還記得第一輛電動汽車問世的時候嗎？它們對于開車去雜貨店很有用 ， 但也許不適合開車300公里送孩子上大學 。 就像電動汽車一樣 ， 量子計算機會隨著時間的推移變得越來越好 ， 使其在更廣泛的應用中發揮作用 。
解決實際問題存在許多障礙 。 首先是設備需要數千個量子比特才能做到這一點 ， 而且這些量子比特也必須比現有的更穩定和可靠 。 研究人員很可能需要將它們分組在一起 ， 以作為單個“邏輯量子比特”工作 。 這有助于提高保真度 ， 但會削弱規模的改進：數千個邏輯量子位可能需要數百萬個物理量子位 。

隨著時間的推移 ， 量子計算機會變得更好 ， 在一系列應用中變得有用
研究人員還致力于量子糾錯 ， 以在出現故障時對其進行修復 。 谷歌在2021年7月宣布 ， 其Sycamore處理器能夠檢測并修復其超導量子比特中的錯誤 ， 但執行此操作所需的額外硬件引入的錯誤多于修復的錯誤 。 馬里蘭州聯合量子研究所的研究人員后來設法用他們捕獲的離子量子比特通過了這個關鍵的收支平衡閾值 。
即便如此 ， 現在還為時過早 。 如果通用量子計算機在新的一年解決了一個有用的問題 ， 那將是“相當令人震驚的” 。 在任意時間內保護單個編碼的量子位 ， 更不用說對數千或數百萬個編碼的量子位進行計算了 。
量子計算機需要多大才能破解比特幣加密或模擬分子？
預計量子計算機將具有顛覆性 ， 并可能影響許多行業領域 。 因此 ， 英國和荷蘭的研究人員決定探索兩個截然不同的量子問題：破解比特幣（一種數字貨幣）的加密以及模擬負責生物固氮的分子 。 研究人員描述了他們創建的一種工具 ， 用于確定解決此類問題需要多大的量子計算機以及需要多長時間 。
這一領域的大部分現有工作都集中在特定的硬件平臺、超導設備上 ， 就像 IBM 和谷歌正在努力開發的那樣 。 不同的硬件平臺在關鍵硬件規格上會有很大差異 ， 例如運算速率和對量子比特（量子比特）的控制質量 。 許多最有前途的量子優勢用例將需要糾錯量子計算機 。 糾錯可以通過補償量子計算機內部的固有錯誤來運行更長的算法 ， 但它是以更多物理量子比特為代價的 。 從空氣中提取氮來制造用于肥料的氨是非常耗能的 ， 改進這一過程可能會影響世界糧食短缺和氣候危機 。 相關分子的模擬目前甚至超出了世界上最快的超級計算機的能力 ， 但應該在下一代量子計算機的范圍內 。

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