量子計算機晶元再獲突破！首個72量子比特晶元已面世

前兩天，谷歌研究博客（Google Research Blog）丟出一個深水炸彈——Bristlecone，這是一個世界上首款72量子比特的量子晶元。

可能有不少朋友對於72量子比特不太了解，其實量子計算機的計算能力是通過量子比特數量來確定的，那麼量子比特數量是什麼？

在經典計算機里，存儲的信息單位是比特（bit），比特使用二進位，也就是說一個比特表示的不是「0」就是「1」。

但是，在量子計算機里，情況會變得完全不同，量子計算機的信息單位是量子比特（qubit），量子比特可以表示「0」，也可以表示「1」，甚至還可以是0和1的疊加狀態，即同時等於「0」和「1」，而這種狀態在被觀察時，會坍塌成為「0」或是「1」，也就變成了確定的值。

舉個例子，傳統計算機要獲得下圖中走迷宮的正確路徑，只能一次走一條道，然後一條條試，直到試出來正確的道。

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而量子計算機的走迷宮效率類似下面這個圖，它能在一次嘗試所有可能的解法 ↓↓

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量子比特的神奇之處

理論上，2個量子比特的量子計算機每一步可以做到2的2次方，也就是4次運算，所以說，50量子比特的運算速度（2的50次方=1125億億次）將秒殺最強超級計算機（目前世界最強的超級計算機是神威·太湖之光，運算速度是每秒9.3億億次）。

50 個量子比特在同時發生 2^50 次運算

說得再具體一點，拿《火影忍者》舉例的話，那就是佐助是經典計算機，鳴人是量子計算機，要找一個東西，佐助只能自己一個一個地方跑去找，也許要找一年。

但是鳴人可以分出5個影分身，然後5個影分身再分出5個影分身，分身的分身再分身，所有分身都同時去不同的地方，瞬間找到東西，然後分身收回，只剩一個鳴人，取回東西，完成。所以說量子計算能力驚人。

同樣是在 CES 展上，英特爾也推出了 49 量子比特 Tangle Lake 量子計算測試晶元。

CES 英特爾展示的 49 量子比特晶元

據英特爾的說法，這個小小的晶元，計算能力相當於 5000 個八代 i7 ~

不過量子計算的發展，也不是沒弊端。

譬如，如今所有的密碼都可以用量子計算機瞬間暴力破解，傳統加密方式在量子計算機面前根本沒有意義，個人的、銀行的、機關的，就連區塊鏈的秘鑰被試出來也就是分分鐘的事。。。

現有的加密演算法

（ 圖片源自博客 Jason Time ）

那這次谷歌帶來 72 量子比特的計算晶元，難道我們的密碼已經不安全了？

Emmm。。。谷歌的晶元是 72 量子比特處理器確實不假，但是目前這種晶元只能做幾種特定的運算，拿它做成的計算機，既不能用來放電影，也不能編輯文檔，離商用有很大的距離，所以說暫時對我們的生活還沒有太大的影響。

國外群雄爭霸，大家肯定也想知道一下國內的研究進展吧。

量子計算機的量子比特控制，分為好幾個派系，最主流派系應該就是超導體系，英特爾、IBM、谷歌用的都是這種，這個方向我國去年實現了 10 超導量子比特的糾纏。

我國實現 10 超導量子比特的糾纏態

大家看到我國只有 10 量子比特糾纏，可能會覺得比谷歌 72 位量子晶元差遠了？。。。

其實並不是，量子比特非常難操縱，條件又苛刻，谷歌的這個 72 量子比特的晶元用的是 9 量子比特糾纏技術，我國的 10 量子比特糾纏依然算頂尖的研究了~

一時間，科技圈炸開了鍋，因為這意味著，在實現量子計算這條賽道上，目前谷歌可能成為了領跑的那一個！

畢竟就在上周，在舊金山舉行的IBM Inaugural Index開發者大會上，IBM才對外展示了其50個量子比特原型機和內部結構圖。

這個72量子比特的量子晶元到底意味著什麼？這並不表示，谷歌已經造出了72量子比特的量子計算機，只是離這個目標更近了一步，這條路還很長，所以科技圈也不要太嗨。從72量子比特晶元到72量子比特的量子計算機中間還存在很多需要攻克的障礙，比如，目前超級計算機所能模擬的最大量子比特數為46量子比特，而72量子比特所需要的RAM（Random-Access Memory，隨機存取存儲）是46量子比特的數百萬倍。

在谷歌宣布要在2017年內造出49量子比特的量子晶元後不久，IBM提出，對於某些特定的量子應用，可能需要56或更多的量子位以證明量子霸權。而Google似乎打算消除所有疑慮，所以現在它推出72量子比特的量子晶元並且把目標從實現49量子比特的量子計算機直接升級到實現72量子比特的量子計算機。

▲科學家Marissa Giustina在位於Santa Barbara的Quantum AI實驗室中安裝Bristlecone晶元

量子計算的發展前景

2017年，谷歌量子團隊在Nature刊文稱，他們堅信即使還缺乏能夠完整糾錯的理論，但5年之內仍會有與量子計算有關的小型設備問世，而這也將給投資者帶來短期的回報。「早期的量子計算設備將在量子模擬，量子輔助優化和量子採樣領域有商業運用。更快的計算速度對從人工智慧到金融和醫療等領域具有明顯的商業優勢」。

而量子計算之所以如此重要，除了因為它「快」，還因為它可以重新定義程序和演算法，顛覆眾多領域，例如：

軍事方面，一切現有的密碼學全都要被重新改寫，因為用量子計算機能輕易破譯所有密碼；醫學方面，量子計算機可以模擬人體內的各種化學分子，建立起醫學模擬的新模型；此外還有氣象學、材料科學等種種領域都面臨著量子計算的顛覆。

不過，目前我們離真正的量子計算機還有距離，現在，量子計算機還只是非常初步的階段，量子比特的脆弱、不穩定性還有低精度的問題還沒有解決，要實現實用量子計算機還有很長的路要走。

言信則行正|業如川不止

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