谷歌宣布这令人沮丧的是，它已经证明了“量子至上” - 也就是说，它执行了比最佳经典计算机可以实现的更快的量子计算。IBM迅速批评了该索赔，称其自身古典超级计算机可以以几乎相同的速度执行计算，远远越来越大，因此，谷歌公告应该是“具有大剂量怀疑”。
这不是第一次对量子计算引起怀疑的第一次。去年，法国蒙彼利埃大学理论物理学家Michel Dyakonov提供了一种技术原因，为什么实用量子超级计算机永远不会建在IEEE频谱的文章中，这是电气计算机工程杂志。
那么你怎么能理解正在发生的事情？
作为在多年上进行量子计算的人，我认为由于硬件中随机错误的不可避免，有用的量子计算机不太可能构建。
什么是量子电脑？
要了解原因，您需要了解量子计算机如何工作，因为它们与古典计算机根本不同。
经典计算机使用0s和1s来存储数据。这些数字可以是电路中不同点的电压。但是量子计算机在量子位上工作，也称为Qubits。您可以将它们作为与幅度和阶段相关联的波。
艺术家的谷歌处理器的再现。
Qubits具有特殊属性：它们可以存在于叠加中，在那里它们同时都是0和1，并且它们可能被纠缠在一起，使它们共享物理性质，即使它们可能被大距离分开。这是一个在古典物理世界中不存在的行为。当实验者与量子状态相互作用时，叠加消失。
由于叠加，具有100个Qubits的量子计算机可以同时代表2100个解决方案。对于某些问题，可以利用这种指数平行度来创造巨大的速度优势。例如，在量子机上可以呈指数级别地解决一些代码问题。
还有另一个较窄的量子计算方法，称为量子退火，其中Qubits用于加速优化问题。基于加拿大的D波系统建立了为此目的使用Qubits的优化系统，但批评者还声称这些系统与古典计算机没有更好。
无论如何，公司和各国正在投资量子计算的大量资金。中国开发了一个价值100亿美元的新量子研究机构，而欧洲联盟开发了10亿欧元（11亿美元）的量子总体规划。美国的国家课程倡议法提供12亿美元，在五年内推广量子信息科学。
打破加密算法是许多国家的强大动力因素 - 如果他们可以成功地完成，它会给他们一个巨大的智力优势。但这些投资也在促进物理学的基本研究。
谷歌的Sycamore处理器只有54个Qubits。
除了Google和IBM之外，许多公司正在推动建立量子计算机，包括英特尔和微软。这些公司正在尝试构建复制古典计算机电路模型的硬件。然而，目前的实验系统具有少于100夸脱。为实现有用的计算性能，您可能需要具有数十万Qubits的计算机。
噪音和纠错
支撑量子算法的数学是很好的，但仍有令人生畏的工程挑战。
对于计算机正常运行，必须纠正所有小随机错误。在量子计算机中，这种误差来自非理想电路元件和距离与它们周围的环境的相互作用。由于这些原因，QUBITS可能会在一秒的一部分中失去一致性，因此，必须在更少的时间内完成计算。如果随机错误 - 在任何物理系统中不可避免 - 未得到纠正，计算机的结果将是毫无价值的。
在古典计算机中，通过利用称为阈值化的概念来校正小噪声。它就像数字的舍入一样。因此，在众所周知的整数的传输中，如果误差小于0.5，则如果接收到3.45，则可以将接收值校正为3。
通过引入冗余可以纠正进一步的错误。因此，如果0和1被发送为000和111，则可以容易地校正传输期间最多一个误差误差：接收到的001是解释为0，并且收到的101将被解释为1。
量子误差校正码是古典误差的概括，但存在至关重要的差异。对于一个，无法复制未知Qubits以将冗余合并为纠错技术。此外，在引入纠错编码之前，在引入纠错编码之前存在的错误不能校正。
量子密码学
虽然噪声问题是在Quantum计算机实现中的严重挑战，但在量子密码中，人们正在处理单个Qubits，而单个Qubits可以保持从环境中隔离，以便大量的时间。使用量子密码术，两个用户可以交换已知为键的大量数字，这是安全数据，没有任何能够打破关键交换系统的人。这些关键交换可以帮助保护卫星和海军船舶之间的通信。但是，键交换后使用的实际加密算法仍然是经典的，因此加密比经典方法理论上不强。
量子密码术在商业上以有限意义用于高价值银行交易。但是因为必须使用经典协议进行经过身份验证的，因为链条只有其最弱的链接，因此与现有系统不同。Banks仍在使用基于经典的身份验证过程，它本身可用于交换键而不会丢失整体安全性。
Quantum加密技术必须将其焦点转移到量子传输信息，如果它变得明显比现有加密技术更安全。
商业规模量子计算挑战
虽然量子密码术如果可以解决量子传输问题，但我怀疑广义量子计算也是如此。纠错，这是多用途计算机的基础，在量子计算机中是如此重大挑战，我不相信他们永远以商业规模建造。
由俄克拉荷马州立大学的电气计算机工程皇家电脑工程皇家皇家皇冠撰写。
最初发表在《对话》上。
