北京时间1月7日消息，据外媒报道，谷歌在2019年秋季宣布，其量子计算机的计算速度远远超过目前顶级的超级计算机。可见量子霸权已经实现，但IBM很快表示反对。声称他的经典超级计算机不仅具有与谷歌量子计算机相同的计算速度，而且在准确性方面也击败了谷歌。因此，人们应该以怀疑的态度看待谷歌此次的声明。
这并不是量子计算第一次受到质疑。去年，法国蒙彼利埃大学理论物理学家米歇尔·迪亚科诺夫（Michel Dyakonov）在电气与计算机工程旗舰期刊《IEEE Spectrum》上发表了一篇文章。从技术角度来看，就我们而言，有很多原因导致永远无法建造出实用的量子超级计算机。本文作者、俄克拉荷马州立大学量子计算专家Subhash Kak 也认为，构建一台真正有用的量子计算机确实很难，因为硬件中的随机错误是不可避免的。
什么是量子计算机？
要理解其中的原因，我们必须首先了解量子计算机是如何工作的，因为它们的原理与经典计算机有根本的不同。
经典计算机使用无数的0和1来存储数据。这些数字可以代表环路上不同点的电压，但量子计算机使用量子位，可以将其想象为一系列具有幅度和相位的波。
量子位的属性非常特殊。它们可以以叠加状态存在，即可以同时为0或1；量子位也相互纠缠，即使相距很远，它们也可以共享相同的物理属性。这种行为在经典物理世界中并不存在，一旦实验者尝试与量子态相互作用，叠加就会消失。
由于叠加态的存在，一台100个量子比特的量子计算机可以同时提供2100个解。在解决特定问题（比如代码破解问题）时，这种指数级别的并行计算无疑具有巨大的速度优势。
还有另一种量子计算方法称为量子退火，它是指使用量子比特来加速优化问题的求解。加拿大公司D-Wave Systems 使用量子位构建了一系列优化系统，但批评者指出，这些系统的性能并不比经典计算机好。
尽管如此，一些公司和国家政府仍在大力投资量子计算。欧盟制定了耗资11亿美元的量子项目总体规划，美国《国家量子倡议法案》提供12亿美元资金，在五年内推动量子信息科学的发展。
破解加密算法是许多国家研究量子技术的强大动力。如果他们能够成功掌握这项技术，他们将在智力上获得巨大的优势。此外，这些投资有力地推动了基础物理的研究。
许多公司都在努力打造量子计算机，包括英特尔、微软、IBM等，这些公司正在开发模拟经典计算机电路模型的硬件。然而，当前的实验系统只有不到100 个量子位，要真正具备计算能力，计算机必须拥有数十万个量子位。
谷歌的Sycamore 芯片需要放置在低温恒温器中以保持低温。
噪声和纠错
量子算法背后的数学原理很清楚，但仍然存在巨大的技术挑战。
为了使计算机正常运行，它必须能够随时纠正小的随机错误。在量子计算机中，这些错误可能来自有缺陷的电路组件或量子位与其周围环境之间的相互作用。一旦出现这些问题，量子比特之间的相干性就会很快消失，因此计算时间必须比这个时间短，而如果这些随机误差不被纠正，量子计算机的计算结果就毫无价值。
在经典计算机中，可以使用所谓的阈值概念来校正小规模噪声，类似于数字的舍入。以整数的传输为例，假设已知误差值小于0.5，如果接收到的数字是3.45，则会自动修正为3。
更严重的噪声可以通过引入冗余来纠正。假设0和1以000和111的形式传输，那么传输过程中只有一位会出错。这样如果收到的号码是001，就会自动修正为0；如果收到101，将修正为1。
量子纠错码是经典计算机纠错码的通用版本，但两者之间存在关键区别。首先，未知的量子位无法被复制，因此无法应用冗余纠错。其次，在引入纠错码之前输入的数据中存在的错误无法被纠正。
量子加密
虽然噪声问题对于量子计算机来说是一个重大挑战，但对于量子加密来说却并非如此。因为在量子加密技术中，各个量子比特之间不存在一致性，单个量子比特可以长时间保持与外部环境隔离。利用量子加密技术，两个用户可以交换一个所谓的密钥（通常是一长串数字），它就像保护数据的密钥一样，并且密钥交换系统无法被任何人破解。这种类型的密钥交换系统可用于卫星和海军军舰之间的加密通信。但密钥交换后实际使用的加密算法仍然是经典的，因此理论上加密级别并不高于经典的加密方法。
量子加密技术已经应用于少数大额银行交易中，但由于交易双方必须通过经典协议验证身份，这是整个链条中最薄弱的环节，因此整个加密系统的强度与现有系统的那个。差别不大。银行仍然使用基于经典加密方法的身份验证过程，这些方法本身可以用于密钥交换，而不会损害系统的整体安全性。
因此，量子加密技术要想获得远高于现有技术的安全性，就必须将重点转向量子信息传输。
商业规模量子计算面临的挑战
如果量子信息传输的问题能够得到解决，量子加密技术还是很有前景的，但量子计算却不一定如此。纠错能力对于普通多功能计算机来说已经如此重要，对于量子计算机来说更是一个巨大的挑战。因此，建造商业规模的量子计算机极其困难。 （叶子）
