近年來，量子計算機的發展有了很大的進步，從實驗室的小型實驗機到工業量子計算機，量子計算機的硬件和軟件都有了很大的進步。這次小編給大家整理了中國具備量子計算機交付能力，供大家閱讀參考。

中國具備量子計算機交付能力

在最近上映的科幻電影《流浪地球2》中，有一被譽為“全場最有價值道具”的最高算力的智能量子計算機MOSS貫穿全局，它可以滿足數萬座發動機協同運作，并支撐“數字生命”計劃所需算力。現實中量子計算機并非科幻，1月28日，記者從安徽省量子計算工程研究中心獲悉，合肥本源量子已研發出多臺中國量子計算機，并成功交付一臺量子計算機給用戶使用。

據悉，該量子計算機的成功交付使我國成為世界上第三個具備量子計算機整機交付能力的國家。這是我國繼實現“量子優越性”之后，又一次確立了在國際量子計算研究領域的領先地位。

量子計算機到底有多厲害

雖然量子計算機體積大、攜帶不方便，但是它在求解某類特定問題上具有巨大的優勢。一直以來，經典計算機的運行主要依賴非“0”即“1”的比特信息(即二進制)，而量子計算機運行依賴的卻是“量子比特”。那么，從“二進制”到“量子比特”，計算機到底有怎樣的進步?

早期經典的計算機只能用“0”和“1”來記錄所有的信息狀態，每一步只能進行2的1次方，即2次運算;而量子計算機是用量子狀態來描述信息，它擁有更快速的運算方式。比如2個量子態(也可以稱作“2個比特”)的量子計算機，每一步可進行2的2次方，即4次運算，3個量子態的量子計算機，每一步可以對信息進行2的3次方，即8次運算。

量子計算機是什么

量子計算機是基于量子力學原理構建的計算機。量子態疊加原理使得量子計算機每個量子比特(qubit)能夠同時表示二進制中的0和1，從而相較經典計算機算力發生爆發式增長，形成“量子優越性”。CPU[ 中央處理器(Central?Processing?Unit)，簡稱CPU，包含運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等，并具有處理指令、執行操作、控制時間、處理數據等功能。]算力隨比特數n的增長呈線性n增長，GPU[ GPU(圖形處理器)，全稱Graphics Processing Unit，又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片或繪圖芯片，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設備(如平板電腦、智能手機等)上運行繪圖運算工作的微處理器。]算力隨比特數n的增長呈平方次n×n增長，而QPU算力隨比特數n的增長呈冪指數2n增長。

經典計算機使用晶體管作為計算機的功能單位，以晶體管的開閉狀態分別表示0和1。由于量子態疊加原理能夠同時表示0和1，而量子計算機正好使用兩態量子系統，如電子的自旋、光的偏振等作為量子比特。量子比特較經典比特具有更多信息，且呈冪指數級別增加。以4位的計算機為例，1臺4位經典計算機一次表示1種狀態，1臺4位量子計算機一次表示16種狀態，則1臺n位經典計算機一次表示1種狀態，1臺n位量子計算機一次表示2n種狀態。理論上，1臺n位的量子計算機算力等于2n臺n位的經典計算機算力。

量子計算機通過量子門對量子進行操作。類似于經典計算中基本的與門、或門、非門，量子計算中基本的量子門有阿達馬門、受控非門等。根據量子力學，量子系統在經過“測量”之后就會坍縮為經典狀態。同樣，量子計算機在經過量子算法運算后每一次測量都會得到唯一確定的結果，且每一次結果都有可能不相同。雖然量子計算機每一次的測量結果都類似“上帝擲骰子”會發生不同，但只要量子算法設計合理，量子計算機運算結果中出現概率最大的結果就是正確結果。

量子計算機還處在早期發展階段。類比經典計算機，量子計算機還處在經典計算機的電子管時代，最底層的物理載體還沒有完全形成。目前主流的技術路徑有超導、半導、離子阱、光學以及量子拓撲這五個方向(圖1)。前四種路徑均已制作出物理原型機，但量子拓撲尚無物理層面的實現。超導表現為無電阻電流沿回路來回震蕩，注入的微波信號使電流興奮，讓它進入疊加態;半導是通過向純硅加入電子造出了人造原子，微波控制著電子的量子態。離子阱表現為離子的量子能取決于電子的位置，使用精心調整的激光可以冷卻并困住這些離子，使它們進入疊加態;光學是利用激光激發量子點產生單光子，通過開關分成多路，再通過光纖導入主體設備光學量子網絡，最后利用單管子探測器探測結果。量子拓撲表現為電子通過半導體結構時會出現準粒子，它們的交叉路徑可以用來編寫量子信息。目前進展最快最好的是超導方向。原因是不僅人類希望借助現有非常先進的技術促進量子計算發展，包括半導體集成、電路工藝和技術。還有超導路徑的優勢是可擴展性非常強，固態器件、電學方向能夠使未來的量子計算與經典的計算機相兼容、融合。未來技術更加成熟之后，將持續發力離子阱和量子拓撲這兩個方向。

量子計算機將經歷三個發展階段。第一階段是量子計算機原型機。原型機的比特數較少，信息功能不強，應用有限，但“五臟俱全”，是地地道道地按照量子力學規律運行的量子處理器，IBM Q System One就是這類量子計算機原型機。第二階段是量子霸權。“量子霸權”實際上是指在某些特定的問題上量子計算機的計算能力超越了任何經典計算機。量子比特數在50～100左右，其運算能力超過任何經典的電子計算機。但未采用“糾錯容錯”技術來確保其量子相干性，因此只能處理在其相干時間內能完成的那類問題，故又稱為專用量子計算機。這種機器實質是中等規模帶噪聲量子計算機(NISQ)。目前采用的特定問題是量子隨機線路的問題或玻色取樣問題，這些問題僅是Toy(玩具)模型，并未發現它們的實際應用。盡管量子計算機已邁進到“量子霸權”階段，但在中等規模帶噪聲量子計算(NISQ)時代面臨的核心問題是探索這種專門機的實際用途，并進一步體現量子計算的優越性。第三階段是通用量子計算機。這是終極目標，用來解決任何可解的問題，可在各領域獲得廣泛應用。通用量子計算機的實現必須滿足兩個基本條件，一是量子比特數要達到幾萬到幾百萬量級，二是應采用“糾錯容錯”技術。