量子计算机到底牛在哪？

想要判断量子计算到底牛不牛、牛在哪，学术界有三个达成共识的指标性节点：计算能力超越早期经典计算机是第一步，再是超越商用CPU，最后是超越超级计算机。

5月3日在上海亮相的世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机，到底牛在哪？此次，由中国科学技术大学潘建伟院士和陆朝阳教授等研制的这台光量子计算机，已经比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。

量子计算机利用量子特有的“叠加状态”，采取并行计算的方式，终极目标可以让速度以指数量级提升。

量子计算一直是国际争夺焦点。去年7月，美国国家科技委员会发布报告《推进量子信息科学：国家的挑战与机遇》，认为量子计算未来可能会颠覆众多科学领域。美国政府随后在官网发文，督促学术界、工业界和政府部门尽快就量子信息议题进行交流。公开资料显示，目前谷歌、IBM等公司都在投资研发量子计算机。

现有经典电子计算机的运算单元，一个比特在特定时刻只有特定的状态，要么0，要么1。而一个量子比特则是0和1的叠加态，因此N个量子比特的存储能力是N个经典比特的2的N次方倍，随N指数增长。对N个量子比特实行一次操作，其效果相当于对经典存储器进行2的N次方次操作，这就是量子计算机的巨大并行运算能力。

专家介绍，这种超级计算能力，将为金融分析、气象预报、药物设计等大规模计算提供全新的方案。量子计算机还可以通过“模拟”，来解决科学研究中的一些未解之谜。

据了解，量子计算需要利用大量互相纠缠的量子比特才能实现。目前，国际前沿的实验成果中，可以操控的纠缠光子比特数已经达到十个，而未来实用化的量子计算体系需要同时操控几十乃至上百个量子比特，也就是说从“婴儿”到“成人”，量子计算还有很长的路要走。

不过这个“第一步”关键点的突破，已非易事。专家介绍，量子计算机并非要“包打天下”，而是着力于一些传统计算机难以解决的大规模计算难题；它也并非“十项全能”，而是在一些特殊的专用领域率先实现突破。

随着量子计算和量子通信的快速发展，我们现在已经可以初步展望量子信息技术的未来：量子计算机的运算能力比现在最快的超级计算机快百亿亿倍以上，而量子计算机之间通过“量子隐形传态”方式的量子通信相连，共同构成高速、安全的“量子互联网”，为人类的生活增添无限可能。

图：潘建伟院士日前在中科院量子信息和量子科技创新研究院举行的新闻发布会上介绍“超导量子计算机路线图”。

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