量子计算正在升温，越来越多的企业竞相对量子计算技术停止基准测试、稳固，意在将其商业化。

截至 2021 年 7 月，一个来自中国的团队在原始功用方面似乎曾经处于抢先位置，谷歌、IBM、英特尔和其他量子计算机开发商也不甘落后，且曾经研收回第一波量子计算机。

不过，一切这些都能够在一夜之间改动，这些系统仍处于开展初期，尚未运转任何有用的商业运用——宣布量子计算的赢家，还为时过早。

了不起的量子计算

到目前为止，量子计算确实取得了清楚停顿，并同超级计算机区分开来。

在经典计算中，信息以位存储，可以是“0”或“1”。在量子计算中，信息存储在量子位或量子比特（Quantum bits, or Qubits）中，可以以“0”或“1”或两者的组合方式存在，叠加态使量子计算机可以一次执行多项计算，使其功用优于传统系统。

不过这项技术面临着许多应战，许多行业专家以为：这些系统距离适用还有十年的时间。

但是，这并没有让公司、政府、研发组织和大学保持相关技术的研发，它们照旧向这个范围投入数十亿美元。假设这些技术得以完成，可以减速新化学、药物和材料的开发，还可以破解任何加密系统，可以为公司和国度提供竞争优势。

因此，研发量子计算技术成为许多国度科技开展的重中之重。

“量子计算处于国度方案的前沿，” FormFactor 初级副总裁 Amy Leong 说。“这一范围曾经宣布了超过 200 亿美元的投资，触及 15 个国度或地域。像美国和中国这样的地缘政治强国，一定在争夺量子霸权的竞赛中处于抢先位置，其次是来自欧洲和亚洲的许多其他国度。”

中国迷信技术大学 (USTC) 于 2021 年 6 月取得了严重停顿，展现了研讨人员宣称的世界上最快的量子计算处置器，超过了自 2019 年以来谷歌 53 量子位设备保持的非官方记载。中国科技大学的 66-量子位处置器在 1.2 小时内完成了一项复杂的计算——假设采用如今的超级计算机，这项计算需求 8 年才能完成。

“当我查看第一批运用时，我看法到我们需求数千个甚至十万个量子位来做一些有用的事情。”英特尔量子硬件总监詹姆斯克拉克（James Clarke）说：“我们明天到达了 50 到 60 个量子位，还需求更多时间才能到达 100 万个量子比特——而这关于密码学来说，是十分必要的。”

与此同时，量子技术还有多个分支阵营。

实践上，厂商们正在开发基于一系列技术的十几种量子位，例如超导（Superconducting qubits）、离子阱（Ion traps）和硅自旋（Silicon qubits），每个阵营的厂商都宣称它们的技术是出色的，并将实理想用的量子计算机。

依据 Hyperion Research 的数据，量子计算机的市场估量将从 2020 年的 3.2 亿美元增长到 2024 年的 8.3 亿美元。

超越经典计算但无法替代

从历史的开展进程来看，计算范围取得了庞大提高。

1945 年，宾夕法尼亚大学开收回第一台通用电子数字计算机 ENIAC，它运用真空管控制电子来处置数据，每秒可执行 5000 次加法计算。

1947 年，晶体管的出现改动了一切；从 20 世纪 50 年代末尾，晶体管取代了许多系统中的真空管，计算机速度更快。

1964 年，现已解散的 Control Data 公司推出了 CDC 6600，这是世界上第一台超级计算机——CDC 6600 以晶体管为基础，集成了一个具有 2 MIPS（ Million Instructions Per Second） 功用的 60 位处置器。

开展到明天，智能手机比早期的计算机更快。以 iPhone 12 为例，它采用了基于台积电 5nm 工艺的 A14 处置器，A14 包含 118 亿个晶体管，具有 6 核 CPU 和 16 核神经引擎，每秒可停止 11 万亿次操作。

在高功用计算方面，来自日本的富岳（Fugaku）超级计算机在 2021 年保持了其作为世界上最快超级计算机的位置。富岳由日本理化研讨所（Riken） 和日本信息通讯技术企业富士通（Fujitsu）构建，它采用基于 Arm 架构的 A64FX 处置器，拥有 7630848 个内核，可完成每秒 442 petaflops （petaflop 即每秒执行 1 千万亿次浮点运算）的功用。

目前，富岳正处于运转形状，并被用于各种研讨项目。“富岳初次运用了在大型效劳器的通用 CPU 中所运用的技术，例如 7nm 工艺技术、封装集成 HBM2、TB 级流媒体功用和片上嵌入式高功用网络，”Riken 计算迷信中心主任 Satoshi Matsuoka 在 2021 年 VLSI 技术和电路研讨会上的一篇论文中写道。

“我们曾经进入千万亿次浮点运算的时代，”美国光刻工具公司 D2S 首席执行官 Aki Fujimura 说。“全球有许多研讨计算机正在接近百亿亿次计算（1000 petaflops）。十年之后，我们将拥有许多百亿亿浮点运算级别的计算机。”

理想上，业界需求更多的计算才能来处置生物技术、国防、材料迷信、医学、物理学和天气预告方面以后和未来的成绩。

“我们需求以相反的价钱提供更强的计算才能，需求处置的成绩越来越难，我们在效劳下面临的成绩也越来越多，” Fujimura 说。

当然，在传统计算继续提高的同时，业界也积极开展量子计算——实际上，这些基于量子计算的新系统有望超越当今的超级计算机，从而减速新技术的开展。

在悠远的未来，量子计算机有望在合理的时间内破解世界上最复杂的算法，包括 Shor 这一用于整数分解成绩的算法，以及可用于破解普遍运用的公钥加密方案 RSA。

量子计算最早降生于 1980 年代，多年来取得了一些严重停顿：最近，有两个系统完成了“量子霸权”，这意味着量子计算机可以做经典计算机不能做的一些事情。

虽然如此，量子计算仍处于起步阶段，一方面量子计算系统在不断退化，另一方面，人们也在不断寻求应用量子计算系统找到对应的运用范围。IBM 量子硬件系统开发总监 Jerry Chow 说：

当今存在的一切系统主要用于探求未来的量子运用，包括用于量子化学的变重量子算法，以及用于机器学习的量子核估量办法。从基准测试和本身功用表征的角度来看，明天部署的系统也很幽默，并且可以了解潜在的噪声源，以改良这些系统的未来迭代。另一方面是探求量子纠错的概念。

不过值得留意的是，即使量子计算机释放了潜力，它们也不会取代明天的计算机。“关于某些类型的计算成绩，量子计算显然是一项重要的未来技术。素数分解是众所周知的另一项量子计算远优于经典计算的运算，”D2S 的 Fujimura 说。“在某种水平上，量子计算是经典计算的增强版。在更大范围内，量子计算不会取代经典计算，经典计算更适宜我们需求计算的许多义务。”

明天的量子计算机异乎寻常，相似于庞大的枝形吊灯；这些系统安装在稀释冰箱中，可以保护处置器和其他部件免受外部噪音和热量的影响。该安装将设备冷却到 10 至 15 毫开尔文之间。

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