面對全球大佬們對量子計算機的高投入，但最終會鹿死誰手呢？

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【文章導語】

隨著量子通信衛星「墨子號」的成功發射，在全世界範圍內再次掀起了一股量子信息研究的熱潮。雖然我們一直知道量子計算是很牛的東西，但為什麼這麼牛？具體怎麼牛的？這麼牛，大佬們投入了多大？根據投入及進度情況，量子計算機會被誰第一個吃下呢？

下面我們來回答以上幾個問題，供大家品鑒。

量子計算機

一、【為什麼這麼牛】

為什麼量子計算機具有如此驚世駭俗的運算能力？

我國科技部973項目「量子通信和量子信息技術」的首席科學家郭光燦是這樣解釋的[1]：「量子比特可以製備在兩個邏輯態0和1的相干疊加態，換句話講，它可以同時存儲0和1。

考慮一個N個物理比特的存儲器，若它是經典存儲器，則它只能存儲2∧N個可能數據當中的任意一個；若它是量子存儲器，則它可以同時存儲2∧N個數，而且隨著 N的增加，其存儲信息的能力將呈指數上升。

比如，一個250個量子比特的存儲器（由250個原子構成）可能存儲的數據達2∧250，比現有已知的宇宙中的全部原子數目還要多。

「由於數學操作可以同時對存儲器中全部的數據進行計算，因此，量子計算機在實施一次運算時可以同時對2∧N個輸入數進行數學運算。

其效果相當於經典計算機要重複實施2∧N次操作，或者採用2∧N個不同處理器實行並行操作。可見，量子計算機可以節省大量的運算資源（如時間、記憶單元等）。」

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要想弄清楚量子計算為何如此強大，就必須了解它的3個秘密武器。

1、量子比特 2、量子的不可克隆定理 3、量子糾纏

考慮到篇幅問題，這三個秘密武器我就不詳細敘述了。

有興趣的可以去百度下或看下我稍後會傳的一個講解的小視頻。

二、【具體怎麼牛？】

下面舉栗子來嘮：

在運行人工智慧程序以及處理複雜的模擬和規劃問題時，量子計算機的速度可能是傳統計算機的指數倍，而量子計算機甚至能製造出無法破解的密碼。

量子計算的潛力到底有多大？打個比方，如果把量子計算機的運算速度比作長征五號運載火箭的話，那麼今天的超級計算機的速度只能是一輛摩拜單車。

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按照中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心張文卓的話說：「如果一台量子計算機的單次運算速度達到目前民用計算機 CPU 的級別，那麼一台 64 位量子計算機的速度將是目前世界上最快的『天河二號』超級計算機的545 萬億倍。」換句話說，如果按照這樣的運算速度求解一個數億變數的方程組，「天河二號」需要 100 年，而萬億次的量子計算機理論上只需要0.01秒。

量子計算機可以加速某些函數的運算速度，攻破現有的密鑰體系，量子網際網路具有現有網際網路所無法比擬的優點，量子密碼可提供不可破譯、不可竊聽的保密通信等。

三、【鹿死誰手】

鹿死誰手

1、谷歌是世界公認的量子計算機領域的領頭羊。谷歌進入量子計算的路徑是極小的超導電路。原理是用一股無電阻電流沿著電流迴路來回振蕩，注入的微波信號使電流興奮，從而讓它進入疊加態。

目前，谷歌已製造出9個量子比特的機器，並計劃在2018年增加至 49個量子比特。這是一個極為關鍵的門檻。有學者預計，在50個量子比特左右，量子計算機就能達到「量子霸權」（quantum supremacy）。

2、微軟不久前也公布了自己的開發路徑，它的選擇是拓撲量子比特技術，是以「任意子」(anyons)作為基礎。「任意子」是一種以 2D 形式存在的粒子，可用於構建超級計算機的模塊並激發亞原子的物理屬性。

其原理是電子通過半導體結構時會出現准粒子，它們的交叉路徑可以用來編寫量子信息。

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3、英特爾公司正在努力利用硅晶體管的能力來製造量子計算機。英特爾在美國俄勒岡州波特蘭的量子硬體工程師團隊正與荷蘭代爾夫特理工大學Qu Tech量子研究所的研究人員展開合作。

英特爾公司聲稱，已經可以在晶元工廠中將量子計算機所需的超純硅層加到標準晶元上。這一技術路線使得英特爾在眾多研究量子位的工業和學術團體中表現突出。

其他公司利用超導電路去實現量子位，但這樣的量子位數量有限。此外，相對於超導材料，硅量子位的可靠性更好。

4、在國內通過不同方法開展量子計算研究的有中國科技大學、南京大學和中科院物理所等單位，近期中國的阿里巴巴公司也攜手中國科技大學加入戰團。

2017年年初，中國科技大學首次實現了10個光子糾纏，再次刷新了光子糾纏態製備的世界紀錄，向實現20個、30個光子的糾纏在特定問題的處理能力上超越經典商用計算機邁出了重要一步。

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樂觀的估計，實用的量子計算機在未來的5年之內就會投入使用。2025年左右，具有50個量子位運算能力的量子計算機將投入使用，並在計算能力上超越同時代的最快的超級計算機。

當然，也有一些科學家很悲觀，認為50年內量子計算機很難投入使用。這是量子計算機的一體兩面，必須辯證地看待這個問題。

研發團隊中加入了馬爸爸這一支，能否一擊必殺，讓中國成為量子計算領域第一個吃螃蟹的國家呢？

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