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谷歌这个“无所不可先生”近期宣布，在功能齐全的实用量子计算机开发上取得了重大进步，实现了量子霸权（优良），即超越日前世界排名第1的超级计算机。
谷歌的量子计算机叫Sycamore，在一个繁杂的基准测试中，仅用6秒就完成为了世界上最快的超级计算机Frontier需要花47年时间才可完成的计算任务。这是一个令人震惊的进步，表示了量子计算技术的无限可能。那样，谷歌是怎样做到这一点的呢？
量子比特
首要咱们需要简单认识一下量子比特。量子比特是量子计算机中的信息单元，它们能够同期存在于0和1的状态，从而增多了计算能力。你能够把它们想象成一个硬币，但与众区别的是，它能够同期是正面又是反面，而不只是其中之一。
这虽然很难理解，但这正是量子行业的魔力，这种现象叫做量子叠加，正由于这种“魔力”般的特性存在，使量子计算机能够同期处理超大规模的信息。倘若把经典计算机比作算数老师，一次只能处理一个数字，量子计算机则像大魔法师，能同期处理成千上万个数字。
然则，要实现这种“魔力”，还需要有些其他的要求。例如，要保准量子比特之间不受外界干扰，要能够精确地掌控和操作量子比特，要能够有效地读取和输出量子比特的状态等，这些都是非常困难和繁杂的技术困难。
日前，有多种理学系统能够用来实现量子比特，如光子、原子、电子、超导体等，区别的理学系统有各自的优缺点，如稳定性、可控性、可扩展性等。日前还无一种理学系统，能够完美地实现量子计算机的需求，因此呢科研人员还在持续地探索和改进各样方法。
谷歌量子计算机
谷歌运用了超导电路来实现量子比特，并能够经过精确掌控微波脉冲来操作这些量子比特。超导电路是一种在接近绝对零度的极低温要求下拥有零电阻的电路，在这种状态下，电流能够无损地流动，并形成稳定的磁场，利用超导电路中电荷、相位和磁通量三种方式来形成量子比特。
谷歌的这个量子计算机有70个超导量子比特。在一个繁杂的基准测试中,它成功完成为了需要世界第1超级计算机花47年时间才可完成的计算任务。这个基准测试叫做随机电路采样（random circuit sampling），它是从随机生成的量子过程中提取数据的办法。这个办法能够减少外边噪声对计算的干扰，亦能够检验量子计算机的性能和正确性。
谷歌的量子计算机在这个测试中表现出了惊人的速度和精度，它只用了6秒就完成为了一次采样，而世界上最快的超级计算机Frontier则需要47年才可完成一样的任务，这说明了量子计算机巨大的加速潜能。
当然，这并不寓意着谷歌的量子计算机就能够处理任何问题了。事实上，这个测试只是一个特定的、不可编程的、无实质应用价值的任务。而要实现一个通用可编程的量子计算机，仍有许多技术困难需解决，如怎样减少量子比特的错误率，怎样制造更加多的量子比特，怎样实现量子错误纠正等。
但这亦是一个重要的里程碑，它证明了超导量子计算机的可行性和优良。
量子计算机种类
日前正在开发的量子计算机包含超导量子计算机、离子阱量子计算机、拓扑量子计算机、硅基量子计算机、光子量子计算机、分子量子计算机等，从当前技术发展情况来看，最有期盼实现实用化和商场化的是超导量子计算机和离子阱量子计算机。
超导量子计算机因为拥有长相干时间、高门控精度、可扩展性强等优点，日前看来是将来最有前途的主流量子计算机方法。谷歌、IBM等机构正在积极推进的，便是这种量子计算机。随着制冷技术的进步以及量子误差纠正代码的研发，超导量子计算机有望在不久的将来实现量子优良——虽然谷歌已宣布实现了量子霸权，但业界仍然存在有些争议。
离子阱量子计算机亦展现出强大的量子掌控能力和计算精度，但它扩展到大规模量子计算机的难度很强。一种可能的发展方向是两种技术结合，即构建含光学互联互通的离子阱量子计算机网络。
拓扑量子计算机、硅基量子计算机等仍面临准确性或可扩展性方面的困难，光子量子计算机用于特定行业，如量子通信是一个有前景的选取。
领先的量子计算机开发公司
按照公开的科研论文和发展报告，在通用量子计算机科研中发展最快的机构和国家包含：
1、谷歌
谷歌是量子计算行业的先驱，它的超导量子处理器采用了量子纠错技术，量子位数量亦在稳步增多，被视为量子计算行业的领先者。
2、IBM
IBM的超导量子计算系统持有高量子量子位连接性和低误差率，颁布的路线图规划到2023年实现1000+量子位。
3、普林斯顿大学
建造了高性能的离子阱量子计算机原型并实现了量子优良。
4、中国
中国加海量子计算开发投入，2020年实现“九章”量子计算机，确立了量子计算行业的大国地位。
5、欧盟
欧盟起步价值10亿欧元的旗舰量子技术计划，目的是在2029实现通用量子计算机。
6、加拿大
加拿大政府和学术公司投资力度大，在超导量子计算等方面技术领先。
7、澳大利亚
澳大利亚成立了各方参与的量子计算中心，计划在硅量子计算等方面取得突破。
另一微软、亚马逊、英特尔、东芝、霍尼韦尔等机构亦在量子计算行业非常活跃。
在不久的将来，量子计算机可能就会给咱们带来无限的可能，例如模拟繁杂的理学和化学过程，设计新型的药品和材料，加强信息安全和隐私守护等，并且将给咱们带来巨大的挑战和变革，如改变传统的计算模式，推动新兴产业的发展，影响全世界经济和政治格局等。
这项科研近期发布在arXiv上： https://arxiv.org/abs/2304.11119
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发表于 2024-7-31 00:19:49
