摩尔定律已逼近极限,量子计算将带领人类进入一个全新的领域。
近日, Google 在 arxiv 上发表了一篇关于量子计算机的论文,并宣称他们的量子计算机在短短 6 秒内就完成了世界上最先进计算机 47 年的计算量。
研究论文显示, Google 最新 Sycamore 量子处理器从 2019 年 的 53 个量子比特飞跃到了现如今的 70 个量子比特。
需要说明的是,作为量子计算机的基本信息单元,量子比特数(英语:quantum bit)是评估量子计算机运算能力的一个重要参数。量子比特数越大,计算机中的组件就越多,能够以指数方式执行的计算就越多。
因此,新处理器量子比特数量的增加意味着其性能得到了成倍的提高,与此同时,论文也显示,新处理器的稳健性也大约是以前的 2.41 亿倍。
事实上,无论是「口头」,还是「实际」,Google 从未放弃对量子计算机的研发。
早在 2019 年 9 月 20 日, Google 在 NASA 上发表了一篇关于量子计算机的论文,声称其研发的量子计算机在全球首次实现了「量子霸权」(即代表量子计算机能比传统计算机更好地解决一个特定计算问题),成功在 200 秒内完成了彼时最为强大的超级计算机 Summit 需要 1 万年才能完成的计算。
当时他们用到的正是由 54 个量子比特组成的 Sycamore 量子处理器,只不过有 1 个量子比特出现故障,处理器实际上只用了 53 个量子比特。
消息一出,引发了全球各界人士的关注,也因此引起了不少业内人士的质疑。IBM 科学家通过改进算法发现,同样任务的理想模拟可以在 2.5 天内完成,而且保真度要高得多。尽管在外行看来,可能这个结果并不理想,但对于量子领域的科学家而言依然意义重大,因为其第一次直观地展示了「量子霸权」的威力。
▲ 图片来自:WSJ
时隔五年后,以超级计算机为代表的传统计算机也获得了井喷式发展。
在 2023 年 6 月发布的最新的超级计算机排名榜单中,第一名是由美国 AMD 和 HPE Cray 联合制造的 Frontier 超级计算机,理论最大吞吐量达到 2 exaflops,即每秒两次 quintillion 计算, 这意味着其计算能力达到了 Summit 超级计算机的十倍。
但在量子计算机的降维打击下,「再粗的蚊子腿也拗不过大象」,二者之间的差距也变得愈加悬殊。
Google 研究团队称,Frontier 超级计算机需要 6.18 秒即可匹配 Google -53 量子比特计算机的运算结果,而匹配 Google 最新研制的量子计算机,Frontier 超级计算机至少需要花费 47.2 年。
剑桥量子公司 Riverlane 的 CEO Steve Brierley 更是将 Google 的进步称为一个「重大里程碑」,补充道:「关于我们是否已经达到或确实能够达到量子霸权的争论,现在已经解决了。」
不过初创企业 Universal Quantum 的 CEO Sebastian Vettel 也表示:「量子计算机需要展示更多实用功能。」
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▲ 图片来自:Funstec
作为参考,以下便是 Swarma Club 整理的 8 个关于未来量子计算机的具体应用:
在药物领域,使用量子计算机或许可以根据病毒在不同人群中的传播途径,精准预测它们的变异方向并提前设计出特效药。
在密码学领域,破解 1024 位长的 RSA 算法,传统计算机可能需要几十万年,而用一台 512 量子比特的量子计算机理论上可以做到 1 秒破解。
在生物领域,通过量子计算机整合基因组、转录组、蛋白质组、代谢组和表型组的多套数据,重新定义一个物种是未来的研究重点和难点。
在天气预报领域,使用量子计算机能大幅提高对天气预报的实时测算,进而大幅提高预报准确率和延长预报天数。
在自动驾驶领域,汽车上配备量子计算机,能够精准测量和运算出安全和舒适的驾驶场景所包含的要素。
在辅助设计领域,量子计算机通过连接人脑,将人脑所想画面呈现于屏幕上,然后通过简单的选择,即可完成专业水准的设计。
在财务管理领域,量子计算机运算各类变量和参数,从而预测一个巨复杂系统的走向,甚至能够测算出金融风暴发生的概率,做到未雨绸缪。
在生物演化领域,使用量子计算机或能建立时间分辨率为年、甚至天级别的地球历史。
当然,关于量子计算的应用还有很多,如果想体验更多具体落地的应用,不妨给予其成长足够的时间,届时我们都将在未来一一尝试。