量子計算機-數量之上的質量

如果量子計算機想要有些什麼用處的話，可靠性是必要條件。

某種程度上來講，基於量子比特的計算機是未來計算機的方向。理論上在解決一些如大數的階乘的數學問題上，量子計算機的優勢使得其比傳統計算機更高效。這得益於在新穎怪異的量子理論中，一個量子可以同時保持多種狀態(quantum states)。一台計算機控制的量子越多，它的算力就越強。很多領域，如金融，製藥，化學和人工智慧都可能發生量子計算革命。

未來在的地方，一定能看見Google（滴，信仰充值）。Google已經發起了量子計算項目Project Bristlecone。這個項目的目標是設計製造「量子優勢設備」，量子優勢意為在處理某些數學問題上比傳統計算機有著可感知的，可證明的速度優勢。Google目前正在準備這樣的一台設備，支持49個量子比特。傳聞說這台量子計算機在年底之前就可以對外展示。儘管Google的量子計算負責人John Martinis沒有確認這點，他對AAAS (The American Association for the Advancement of Science)表示，目前一些問題正在困擾量子計算的發展。

Dr. Martinis說，量子計算的先進程度一般用一台機器可以處理的量子比特的數量來描述。然而，很少人注意這些機器的錯誤率，因為建造這些原型機的人大多是物理學家，而不是工程師。物理學家一般報告盡其所能測量出的錯誤率，來體現他們的機器的能力。這些數字對Dr. Martinis和他的團隊來說毫無意義，因為他們需要用工程師的思路來建造一台健壯(robust)和可靠的設備。在這種情況下，造成瓶頸是最嚴重的誤差，而不是最小的誤差。

Bristlecones主要的關注點是量子比特的質量。如果現實中的機器經常啞火或者不穩定，理論上擊敗傳統計算機的可能性純粹成了紙上談兵。

不幸的是，出錯是常態。準備和保持量子比特的狀態是個細緻而且繁瑣的過程，跟傳統計算機在硅晶應用前的狀態差不多。外部最輕微的干擾都可以破壞一個量子比特然後搞砸計算。Google的每一個量子比特都裝在一個連接了120根線纜的晶元上，每一條線纜都可能引入一些麻煩的噪音。量子比特也無法依賴傳統計算機用的誤差矯正(error-correction)方法。普通計算機檢測並且修正錯誤，是通過複製冗餘輸出數據，然後進行互相比較來達到的。如果要複製量子比特的輸出，這意味著要過早(premature)觀測他們的狀態，這同時會改變數子比特的量子狀態，使計算功虧一簣。所以唯一可行的是保證所有的量子比特不產生錯誤。

這種程度的可靠性，經典計算機早已經具備了。普通電腦的硬體問題並不是聞所未聞，但是很罕見。（軟體問題是另一個概念。）然而，這樣的可靠性是通過60年對晶體管持續不斷的改進取得的。現在的量子計算機，就好比以前屋子那麼大的，在真空管上運行的電腦。在那個年代，管子經常燒，程序里的bug也是真正意義上的bug——導致電路短路的蟲子。這樣巨大的怪獸能變成今天光鮮亮麗的迷你機器，說明他們在每個歷史階段都有各自的用處。這也是量子計算機必須要走的一條路。

Translated from The Economist, Volume Feb 24th 2018, Page 69-70.

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