量子计算机可否取代经典计算机

作者：张媛、达平、张远

“悬铃木”、“九章”号、“祖冲之”号等量子计算机先后问世，人们在欢欣鼓舞的同时，也不禁在问：是不是将来每人都可拥有一台量子计算机？经典计算机会被彻底取代么？

量子信息技术概念图

今天，我们就来科普一下。

首先，量子计算机并不是经典计算机的升级换代，它也取代不了现有计算机。如果有人问：是不是用量子计算机打游戏稳赢？是不是用量子计算机看电影一点都不卡？那么很遗憾，量子计算机目前并不能做这些事，甚至计算简单问题时还不如经典计算机。那种认为量子计算机可以在任何问题上都超越经典计算机的观点是有认识误区的。

其次，量子计算机是用来解决经典计算机再怎么升级也解决不了的问题，而不是用更优的方法去解决经典计算机已经能解决的问题。比如走迷宫，每个人遇到一个两岔路口就再喊来一个小伙伴分头走，这个迷宫不用太大，只要所有人在遇到第33个路口还没有找到出口的话，人数就变成了85亿8900万！全地球的人都不够。经典计算所遇到的大困难其实就是指数级增长，也叫作计算复杂性，我们面临的问题虽然是线性增加，解决问题所需要的计算能力却是指数级“大爆炸”。

计算复杂性有个神奇的特点就是非常稳定，就算你优化算法把计算量缩小1000倍，不可解的问题依旧不可解。所以从古代的算盘到近代的机械式计算机，再到现代的晶体管计算机，这些进步只是让每一步算得更快，可是该算多少步还是要算多少步，永远不可能像量子计算那样是并行计算的方式。利用万亿次经典计算机分解300位的大数需要15万年，而利用量子计算机只需1秒钟。

第三，要实现通用型量子计算机的量产还有非常漫长的道路。“悬铃木”、“九章”号等量子计算机都只能在一个问题上完胜经典计算机。比如“悬铃木”完成的是“量子随机线路采样”这个问题，200秒钟完成的任务，超级计算机“Summit”需要一万年；“九章”号完成的是“高斯玻色取样”问题，速度比目前最快的超级计算机“富岳”号快一百万亿倍。

虽然只是“单项冠军”，这些量子计算机的意义却是非凡的。国际学术界把量子计算大概分成三个阶段：第一阶段就是造出一台量子计算机，证明在计算某个具体问题上量子计算机可以超越目前最快的超级计算机，“九章”号和“悬铃木”等完成了这个使命，成为展示量子计算优越性的里程碑。第二阶段是希望实现能够操纵数百个量子比特的计算机，也叫量子模拟机或者专用量子计算机，解决若干经典计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题。第三阶段是希望可集成的量子比特数目达到百万量级，最终实现可编程的通用量子计算机。

可以说，在相当长一段时间里，经典计算机并不会被取代，而是与量子计算机同在，解决各自擅长的问题，或者量子计算机与超级计算机合体，加速计算一些特别的问题。

最早的飞机只能飞几秒钟，最早的火车还没有马车快。回顾计算机历史，从图灵用于破译敌军密码的“Bombe”,到用于原子弹研制的“ENIAC”。经典计算机最初也只是用于解决一些特定的重大问题。这些几十吨重的计算机，经过半个多世纪的发展，才变成了今天的模样。所以，对于量子计算机这种完全不同的物理原理诞生下的新型计算方式，我们更应带着科学态度和信心去认知它。

我们的目标是造出有大规模容错能力的通用量子计算机。毕竟，量子时代的“未来已来”，超强的量子计算值得期待。

来源：中国军网