遇事不决，量子力学？——你所不了解的量子计算机

验“金”室

2020年上半年，谷歌宣布研制出的量子计算机“无花果”（Sycamore），用200秒的时间完成了一个非常复杂的计算，这个计算如果使用全球最强大的超级计算机Summit则需要花上1万年。

1万年有多长呢？

如果从今年开始计算，要算到

像这种超级计算机需要1万年才能计算出来的问题，业界一般称作“不可能完成的计算”，而Sycamore仅仅用了泡一桶泡面的时间便将不可能的事情变成了可能，完成了经典计算机无法完成的计算，这件事就被称为“量子霸权”。

什么是量子计算机？

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。换句话说，就是当某个装置处理和计算的量子信息、运行量子算法时，它就是量子计算机。

在体积上，超级计算机Summit占地面积为522平方米，而量子计算机占地面积还不到10平方米；在配置上，超级计算机Summit需要1万多个芯片，量子计算机只需要一个芯片。

传统计算机的1位以0或1代表，2进制数值是确定的，非0即1。

但量子计算机的量子位是光子的纠缠态或电子的自旋态，利用量子效应的叠加态，其状态可以既是0也是1，也可以同时是0或者1。

一个3位数据集：

{000，001,010,011,100,101,110,111}，

经典计算机需要处理8次输入和输出，而一个3位的量子计算机则只需要处理1次。

谷歌的53量子位量子计算机1次可以并行处理的数据是

为了保证量子计算机每个计算单元的纠缠态，量子计算机需要在“绝对零度”（-273.15度）的环境里进行运算，所以量子芯片必须维持在极度低温状态下，目前这个硬件环境条件是限制量子计算机发展的最大问题。

量子计算机的用途

1.气象领域

由于现有的计算机很难模拟复杂的天气情况，所以，在日常生活中天气预报经常不够准确，有了量子计算机以后，全球的云、雨、风，还有温度都可以通过量子计算模拟出来，天气预报将会变得更快、更准，甚至可以精准预测1-2个月以后的天气。

2.生物医药领域

生物医药可以借助量子计算强大的并行计算和模拟能力，模拟蛋白质分子的折叠情况，解决像阿尔兹海默症、帕金森、二型糖尿病等由于蛋白质折叠错误而导致的疾病，推动生物医药的发展。

3.金融领域

量子计算在金融领域的应用主要包括三个方向：投资组合优化（Portfolio Optimization）、交易（Trading）和欺诈侦测（Fraud Detection）。量子计算隧穿(Tunneling)的特性不会受困于局部最小值的谷底，可以解决金融投资产品进行机器学习模型训练时因产品组合复杂而面临高维度诅咒(High Dimensionality Curse）的问题，从而给用户推荐最优的投资组合产品。

尽管量子计算机距离大规模商用还有很长的路要走，但它带来的技术变革是颠覆性的，未来的发展既需要从理论上研究量子算法和错误的处理方法，也要在实践中和各场景应用进行全面融合，这需要政府、专业机构、企业等多方携手，群策群力。量子霸权时代已经来临，而故事仍将继续……

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