量子计算机实现商用仍面临着巨大挑战，任重而道远

（文章来源：上品悦读）

量子计算机可以解决经典计算机无法解决的问题，比如模拟原子的行为。今日量子计算领域的主要挑战之一是增加量子位元的数目。目前，系统中更多的量子位意味着更少的精度。一台通用量子计算机可以有效地解决一大堆经典计算机根本无法解决的问题。这样的机器可以模拟原子或化学反应的行为，帮助优化城市交通流量等问题，或在大量数据中寻找“大海捞针”的答案。目前，这些应用都是基于推测，估计10-15年后才会成为现实。

然而，一些实验性的计算机架构正在成为有前途的平台。一些系统使用超导体来控制电子的状态，另一些系统使用光子或离子阱，这是在真空系统中捕获离子的电场或磁场的组合。每种技术都有自己的优势和一长串的发展问题，但整个量子计算机行业仍然面临几大巨大的挑战。目前量子计算仍处于实验阶段，在真正的应用出现之前，研究人员必须那些巨大的挑战，而那些宣称量子计算机很快就得到商用的一定是虚假的。

在2018年，没有一家公司能够提供商业上有用的通用量子计算机。德国亚琛工业大学的亨德里克布卢姆表示：“如果你看到量子计算领域的大公司的推销词，你会发现它们过分强调了量子计算的发展状况及其实用性。”

有些人公布量子位元数，却不公布任何表现，其他人则在积极地推销量子计算机的商业可行性，尽管目前已被证实的量子计算的应用程序数量为零。目前，通往量子计算的道路有两条，要么是让量子处理器增强经典数字计算机的混合系统，要么是模拟量子模拟器，利用量子的奇特性质来执行非常具体的任务。真正的通用量子计算机比目前正在开发的系统要复杂一个数量级。

“小型超导量子计算机已经投入使用。”量子材料与技术中心的研究员说。然而，他们仍然没有达到量子计算的至高境界，在这一点上量子计算机可以超越经典的超级计算机，即便是超导计算机也会大大逊色于量子计算机。尽管量子计算的资金不断涌入，但缺乏可靠的性能，尽管真实世界造出量子计算的应用程序似乎并不是问题，但这些问题需要在不久的将来得到解决，以确保资金不会进一步枯竭。

量子计算机能力的核心是量子比特。经典的计算机比特总是以1或0的形式编码，量子位可以以0和1的叠加形式存在。单量子位系统在20年前首次被演示，从那时起，它们的性能有了显著的提高。布鲁汉姆说：“这里的一个挑战是将独立的、可控制的系统隔离得足够好，使它们满足保真度要求。”“我认为可以公平地说，这已经解决了单个量子位的问题，这就是为什么这个领域现在受到如此多的关注。”

然而，为了利用量子计算的潜力，你需要有多个量子位元的系统。这些相互作用的量子比特可以用于完成简单的逻辑计算但不能完成单量子比特或经典处理器，目前谷歌和IBM努力增加量子位的数量已经表明，当你添加更多的量子位，系统的准确性变得越少，这种准确性的误差非常大，与人们的预期相差一到两个数量级。

噪声是构建通用量子计算机的主要挑战之一。量子态是如此微妙，以至于最轻微的环境扰动都可能导致错误，从而使整个计算变得毫无用处。

第一个纠错代码是在90年代初开发的，它不是很稳健，容忍每100次操作产生一次错误，但是这种纠错制度已经不合适了，百分之一的犯错率足以让今天的计算系统瘫痪，另外我们更希望计算系统能够自动纠错，自我检查错误，希望能在错误发生之前尽快纠正错误，这就能让计算机变得更加智能化。

我们知道目前关于量子计算的软件和应用程序并没有开发出来，但更缺乏随时可用的高级硬件，这是所有量子计算体系结构的真正障碍。我们不可能去一家公司购买离子阱，因为没有哪家公司能造出来性能稳健的硬件。

总有一天，商用量子计算机可能会出现，在计算机领域我们更关心的话题是计算机的性能、速度和可承受性。目前，所有的计算机系统必须首先证明基本的可行性，量子计算机也不例外，只有在最基本的性能、速度方面过关了才能赢得大众的信任。这意味着量子计算与半导体制造产业将有更紧密的联系，研究人员也要补充半导体制造知识，这将导致量子位制造带来更大的突破，带来更大的可靠性。
（责任编辑：fqj）