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量子计算机|到底什么是量子计算( 七 )


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结论
量子计算基于自20 世纪初起经由大量实验验证的量子力学理论 。 它的计算方式不同于传统计算机 。 在量子计算中信息以量子叠加态的形式存储 ， 并通过量子态的演化进行计算 。 量子计算机可以运行以肖尔算法为代表的量子算法 ， 并且在解决某些计算问题方面 ， 量子计算机可以远远快于经典计算机 。
在量子计算机的物理实现方面 ， 通过量子纠错可以解决退相干等因素导致的计算错误问题 。 使用量子纠错的首要条件是亚阈值操作 ， 近年来的实验进展直接显示了这个条件是可以达到的 。
然而 ， 进行密码破解规模的量子计算所需的量子比特数量巨大 ， 成为了利用肖尔算法等量子算法的主要障碍 。 目前看来 ， 超导量子比特和囚禁离子系统相较于其他系统具有一定优势 。 但鉴于到容错量子计算还有几个数量级的差距 ， 很难说我们会在哪一种系统中最终实现通用量子计算机 。
受限于现有技术所能提供的量子比特数量 ， 中等规模量子计算有可能在近期内实现应用 。 我们可以利用量子错误缓解抑制计算错误 ， 但仅能进行不需要大量操作的量子计算 。 量子变分算法能够在这些限制条件下运行 ， 因此适用于中等规模量子计算 ， 并且有希望解决某些经典计算机难以解决的量子化学和材料科学等研究中的重要问题 。 尽管如此 ， 由于量子变分算法涉及到大规模参数优化并依赖于选取的尝试量子线路 ， 我们还无法像肖尔算法一样严格从理论上证明其对经典算法的优势 。 因此 ， 在这方面还需要从理论上进一步研究量子算法 ， 并在量子计算系统上对算法进行测试 。
总之 ， 量子计算是具有巨大潜在价值的颠覆性的科技发展方向 ， 并且近年来在各方面都取得了快速发展 。 无论是远期的容错量子计算还是近期的中等规模量子计算 ， 具有实用价值的量子计算机都需要一定数量的低错误率量子比特 ， 当前的实验技术还无法完全满足条件 。 未来的发展既需要从理论上研究量子算法和错误处理方法 ， 同时也需要实验技术在量子比特数量和错误率两方面的进步 。 这些工作需要踏踏实实的努力 ， 并且要有十年磨一剑的信心和定力 。
致谢 感谢袁骁和张静宁两位博士提供参考文献和对部分表述的建议 。
  
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