量子计算革命的日子已经到来，或者至少，这就是谷歌目前所宣称的。
根据 2019 年底发表在科学杂志《自然》上的一篇最近发表的文章，这家科技巨头终于正式（据称）实现了量子霸权。
我们真的达到了量子计算机能够执行经典计算机无法执行的任务的地步吗？
虽然科学界分析了谷歌声称的结果，为我们提供了经过充分研究的答案，但现在是我们更深入地挖掘量子计算到底是什么的时候了。
定义量子现实
“如果你认为你了解量子物理学，那么你并不了解量子物理学。” 这句话出自物理学家理查德·费曼之口，但尚不清楚他是否真的说过这句话。 这是 1995 年麻省理工学院出版物中更可靠的费曼引述：“我想我可以有把握地说，没有人理解量子力学。”
现在我们已经解决了这个问题，让我们看看是否有什么我们确实知道的。
量子力学很奇怪。
那些在量子水平上的微小粒子并没有像预期的那样表现。 那里的情况不同。
疯狂的事情正在量子宇宙中发生。 存在内在的随机性、不确定性和纠缠。 这一切似乎有点多了。
我们现在知道原子和亚原子粒子的行为就好像它们是相连的一样。 爱因斯坦称量子纠缠为“幽灵般的超距作用”。 想象两个物体在物理上是分开的，但它们的行为方式相同，它们具有相同的属性，并且它们作为一个整体运行。 现在想象一下，这两个物体相距 100,000 光年。
确实很奇怪。
还有更多。 量子力学中的不确定性原理说，粒子的某些性质是不可知的。 再加上退相干问题，这与波函数坍缩有关。
双缝实验的版本似乎表明，一个量子物体可以同时出现在两个地方，观察改变了亚原子粒子的性质，或者电子似乎已经回到了过去。
现在您明白了为什么构建量子计算机如此具有挑战性了。 但这并不能阻止人们尝试。 （有关量子计算的更多信息，请参阅为什么量子计算可能成为大数据高速公路的下一个转折点。）
量子位的制作
不确定性的问题在于它使计算变得困难。 目标总是在移动。 即使你开发了一些数学系统，你如何纠正错误？ 你认为二进制很难。
“一个量子比特是一种量子力学系统，在某些合适的情况下，它可以被视为只有两个量子能级，”澳大利亚新南威尔士大学的 Andrea Morello 教授说。 “一旦你有了它，你就可以用它来编码量子信息。”
说起来容易做起来难。 目前的量子计算机还不是很强大。 他们仍在努力使构建块正确。
量子位，也称为量子位，在二进制数字计算中比经典位具有指数级的潜力。 一个基本粒子可以同时处于多种状态，这种性质称为叠加。 经典位可以处于两种状态（一或零）中的任何一种，而量子位可以同时处于这两个位置。
想想一枚硬币。 它有两个方面：头部或尾部。 硬币是二进制的。 但想象一下，你将硬币抛向空中，它会一直抛下去。 当它翻转时，它是正面还是反面？ 如果它真的着陆了会怎样？ 你如何量化抛硬币？
这是说明叠加的微弱尝试。
你如何制作量子比特？
好吧，如果量子物理学家不了解量子力学，那么我们就很难在这里做出充分的解释。 让我们选择一份正在测试的用于创建量子位的技术的候选清单：
超导电路
自旋量子比特
离子阱
光子电路
拓扑辫子
其中最受欢迎的是前两个。 其他是大学研究的课题。 在第一种技术中，超导体被过冷以消除电磁干扰。
但是相干时间相对较短，事情就会崩溃。 莫雷洛教授正在研究旋转技术。 量子粒子具有电荷，就像磁铁一样。 通过发送微波脉冲，他能够让电子自旋向上而不是向下，从而制造出单电子晶体管。
然后还有容错和纠错的问题。 加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员已经设法用他们的量子位门达到 99.4% 的保真度。
他们在牛津大学实现了 99.9% 的门保真度。
那么，我们到了吗？
我们离量子霸权还有多远？
量子计算无疑是一种具有高度颠覆性的技术，有可能彻底改变包括医学、安全和通信在内的广泛领域——更何况它与人工智能 (AI) 领域最新和令人难以置信的进步相结合。
例如，量子加密将很快成为网络安全的新标准。 很快，黑客就已经设计出破解量子加密的新策略，网络安全专家甚至设计出更新的策略来防御这些假设性的破坏。
是的，您没看错：他们领先了三步……而且量子计算甚至还不是标准！
谷歌、微软、英特尔和 IBM 都在争夺所谓的量子霸权（也称为“量子优势”），因此谷歌的声明引发其竞争对手之间的重要争议也就不足为奇了。
每个人都想站在该领域的最前沿，而 IBM 甚至挑战谷歌的说法，认为世界上最强大的超级计算机在某种程度上能够跟上新的量子机器的步伐。
即使实现了量子计算霸权，也不要指望它很快就能取代你的笔记本电脑。 量子计算机是极其精密的设备，因为即使是最轻微的刺激也会对达到脆弱叠加状态的量子比特造成严重破坏。
这些机器必须保持在极低的温度下，例如绝对零 (−273.15 °C)，以将它们与任何形式的电气干扰隔离开来。 事实上，2020 年量子计算的最新突破性发现之一涉及在“热”温度下使用量子比特的可能性。 也就是说，一组悉尼研究人员设计了一种称为量子点的新型半导体材料，它可以在真正高温下工作……1.5 开尔文度（-271.65 °C）。
因此，量子计算机就像早期的二进制计算机一样，可能只是专用于特定目的的专用设备。
最常识性的用途之一是让量子计算机模拟量子力学。 除了像天气预报这样的密集计算机操作之外，量子计算的使用可能会集中并限制在云端。
当然，那可能是最适合它的地方。
最后的想法
Morello 教授清楚地指出了量子计算的主要挑战。
在开始对信息进行编码之前，您必须能够使用量子比特建立两个离散的量子能级。
一旦实现，与传统计算机相比，量子计算“可以让你访问一个指数级更大的计算空间”。 例如，具有 300 个量子位（N 个量子位 = 2N 个经典位）的量子计算机能够处理比宇宙中的粒子更多的信息位。
这是很多位。 但是从这里到那里需要做一些事情。
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