量子霸權是什麼意思？谷歌72比特量子晶元到底意味著什麼

谷歌最新公布的量子計算機晶元Bristlecone，谷歌的這塊晶元採用了全新的架構，單個陣列上的72個量子比特採用了重疊設計，每個「X」代表一個量子比特，量子比特之間以線性陣列方式相連。量子計算機的計算能力是通過量子比特數量來確定的，之前最強的量子晶元來自 IBM，並且 IBM 也是上周才展示50量子比特的原型機和內部結構圖（如下圖所示）。

50比特的量子計算機講講量子計算機有多「可怕」量子計算機（英語：quantum computer）是一種使用量子邏輯進行通用計算的設備。不同於電子計算機（或稱傳統電腦），量子計算用來存儲數據的對象是量子比特，它使用量子演算法來進行數據操作。傳統電腦使用0和1，量子計算機也是使用0跟1，但與之不同的是，其0與1可同時計算。

古典系統中，1比特在同一時間，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「1」和「0」的疊加狀態（superposition），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，其實也就和經典量子理論「薛定諤的貓」是一個道理。除此之外，兩個量子比特還可以共享量子態，無論這兩個量子比特離得多遠，也就是所謂的「量子糾纏」（entanglement）。

如果把半導體比成單一樂器，量子計算機就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40比特的量子計算機，就能在很短時間內解開1024位電子計算機花上數十年解決的問題。再舉個栗子。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。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。這簡直就是開掛！所以，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。傳統計算機走迷宮的效率

量子計算機走迷宮的效率

為什麼說谷歌可能實現量子霸權？是的，即使是50量子比特，其計算能力和速度也已經超過了世界上任何計算機，包括所有的超級計算機，這意味著這個量子計算機能夠算出現在計算機無法觸及的數學問題。而業內將達到50量子比特的計算機稱為達到了「量子霸權/量子優越性（Quantum Supremacy）」，即50量子比特的量子計算機優於現在的任何一台經典計算機。那麼72量子比特又意味著什麼呢？根據量子計算專家約翰·馬丁尼（John Martinis）的答案，現在全世界最大的超級計算機計算能力大概和46量子比特的量子晶元相當（是中國的神威·太湖之光模擬出的成績），如果谷歌一口氣把量子比特數量提升到了72個，就意味著它的計算能力將會達到現在最強超級計算機的數百萬倍。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）。不過，要實現量子霸權，僅僅達到高數量的量子比特是不夠的。量子比特的低錯誤率至關重要，不然就會影響計算結果。只有足夠多的量子比特和足夠低的錯誤率才能實現一個真正實用的量子計算機。根據谷歌的說法，實用量子計算機的最低錯誤率必須在1%以內，並且接近100個量子比特。從這次公布的Bristlecone量子晶元來看，谷歌似乎已經達到了這個目標，Bristlecone量子晶元達到72位量子比特，錯誤率為1%，單量子比特門錯誤率為0.1%，雙量子比特門錯誤率為0.6%。不過這也帶來了一個問題，現在根本沒有那麼大的內存去傳輸數據，因為現在46量子比特的計算機，需要的內存就高達512TB（注意這裡是內存，不是硬碟），而72量子比特的晶元需要的內存數量是46量子比特晶元的數百萬倍，現在根本沒有這麼大的內存。除了內存問題，量子計算晶元運行的條件十分苛刻，要隔音、隔熱、隔電磁、運行溫度接近絕對零度（ ≈ -273° ）。所以，還是蠻期待谷歌說的「如果一切順利的話，關於『量子霸權』的演示在幾個月後就能進行。」 嗯哼~整理自：中國科普網，威鋒網，智東西，差評
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