文章| CJ简介：过去六个月，人工智能发展重心逐渐从云端转向终端，伴随着新一代计算芯片产业的崛起。
时隔数月，智东西首次报道了包括AI芯片在内的新一代计算芯片全产业链的近百家核心企业，涵盖国内外主要巨头厂商、新兴初创企业、场景应用、代工生产等。
全面深入地跟踪报道芯片行业发展、创新创业。
这是智能物联网新一代计算芯片产业系列报告之一。
在CES上，英特尔的主题演讲震惊了观众，推出了49个量子位（qubits）的超导量子计算测试芯片“Tangle Lake”。
在争夺量子霸权的道路上，科技巨头们正展开激烈的战斗。
那么量子计算的魅力到底有多大呢？它真的能吸引谷歌、英特尔、IBM等科技巨头“破局”进入吗？例如，世界上最强大的超级计算机是神威太湖之光，计算速度为930,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000。
超级计算机。
智物带你走进神秘传奇的量子计算领域，回顾过去三十年量子计算机的发展历程。
1.什么是量子计算？在经典计算机中，存储信息的单位是位，位是二进制的，这意味着一位代表“0”或“1”。
然而，在量子计算机中，情况就完全不同了。
量子计算机的信息单元是量子比特（qubit）。
一个量子位可以表示“0”、“1”，甚至“1”和“0”的叠加同时等于“0”和“1”。
当观察到这种状态时，就会塌陷为“0”或“1”，就会变成一个确定的值，其实和经典量子理论“薛定谔的猫”一样（把一只猫放在一个特殊的不透明盒子里，在打开盒子之前，猫可能会这样做。
当你打开盒子时，猫可能是死的，也可能是活的。
最后，这两种可能性会归结为其中一种。
此外，无论两个量子位相距多远，它们都可以共享量子态。
量子位的这种特性会带来什么好处呢？理论上，拥有2个量子位的量子计算机每一步可以执行2的2次方，即4次运算，因此，50个量子位的计算速度（2） 50的次方=数十亿次）会瞬间杀死大多数人 强大的超级计算机（目前世界上最强大的超级计算机是神威·太湖之光，计算速度为每秒9300亿次运算）。
更具体一点，以《火影忍者》为例，即佐助是经典计算机，火影忍者是量子计算机。
如果想要找到什么东西，佐助只能跑到一个地方去寻找，也许一年。
但鸣人可以分裂成5个影子分身，然后5个影子分身分裂成5个影子分身，分身再次分身。
所有的分身同时前往不同的地方，瞬间发现了一些东西，然后分身将其收回，只剩下一个。
鸣人，把你的东西拿回来，完成。
虽然从理论上来说，量子计算机拥有惊人的计算能力，但它也有致命的缺点。
主要有两点。
这也是量子计算机一直发展缓慢的主要原因。
首先是它们非常不稳定并且需要低温操作。
二是准确度差，错误率高。
萧何成功了，萧何失败了。
量子计算之所以能达到这样的速度，是因为量子位的叠加态和量子纠缠。
但同时，量子叠加态和纠缠态又极其脆弱，根本无法被扰乱。
量子计算机必须在极低的温度条件下工作，到底有多低呢？气温几乎为零下摄氏度。
这就像用一根很细的针举起一个鸡蛋。
稍有一点干扰，结果就会乱七八糟。
其次，由于量子比特的不稳定性，量子计算的精度也存在问题，保真度不高。
什么是保真度？打个不恰当的比喻，就像你拿着一到银行柜台存入，取出，再存入，来来回回好几次。
最后你拿回来的钱只有60，所以保真度只有60%。
而且即使这些问题能够得到解决，量子计算机对于处理日常任务也没什么用处，对普通人的生活影响不大。
但在一些特殊领域，量子计算机具有传统计算机所不具备的能力，例如模拟化学和材料科学中的分子结构，以及处理密码学和机器学习中的一些问题，这些将在后面详细讨论。
无需赘述。
2、科技巨头混战，量子霸权是真是假？由于量子计算机具有许多经典计算机无法比拟的优势，谷歌、IBM、英特尔等科技巨头纷纷入局，抢占制高点。
其中，“50个量子比特”成为重要门槛。
今年 11 月，谷歌量子计算专家 John Martinis 在接受《自然》杂志采访时提出，当一台量子计算机拥有大约 50 个量子比特时，其计算能力和速度将超过世界上任何计算机。
它可以解决经典计算机无法解决的问题。
因此，业界也将达到50量子比特的计算机称为实现“量子霸权/量子优越性（Quantum Supremacy）”，即50量子比特的量子计算机比目前市场上任何经典计算机都要好。
那么我们距离“量子霸权”还有多远？一方面，科技巨头纷纷宣布在量子计算领域取得多项技术突破，不少媒体也对此进行夸大，称其距离“量子霸权”仅一步之遥。
另一方面，客观地讲，这些巨头距离“量子霸权”并不遥远。
量子霸权还很遥远。
实现量子霸权的方法有很多种，即制造能够超越经典计算机的量子计算机，包括单光子量子计算、超导量子计算等。
49量子位（qubits）超导量子计算测试芯片“Tangle Lake”英特尔本月发布的报告是与英特尔及其学术合作伙伴 QuTech 合作完成的。
该芯片基于超导体，需要非常低的工作温度。
大约 - 摄氏度。
尽管如此，英特尔仍在研究基于更传统半导体的“自旋量子位”。
据英特尔称，自旋量子的行为类似于单电子晶体管，与传统晶体管类似。
此外，英特尔还声称已经开发出一种在毫米硅晶圆上创建自旋量子位的工艺。
虽然英特尔的量子芯片非常值得肯定，但是做量子芯片和做量子计算机是有区别的。
制造一个 50 量子位的量子芯片并不意味着你可以制造一台 50 量子位的量子计算机。
而且，量子计算机的计算速度不仅取决于量子比特的数量，还应保证量子计算机的精度和保真度。
谷歌是最早进入量子计算机领域的公司之一。
2017年，谷歌的John Martini团队与NASA和加州大学圣塔芭芭拉分校一起宣布，他们已经实现了对九个超导量子位的高精度操控。
谷歌当时还宣布，将在今年年底建造一台 49 量子比特的量子计算机，但遗憾的是，目前还没有这方面的消息。
2019年11月10日，IBM宣布成功研发出20量子比特的量子计算机，将于年底向付费用户开放。
与此同时，IBM还成功开发了50个量子位的原型，但IBM Q Research副总裁Dario Gil表示，量子位数量的增加只是一方面。
处理的量子位越多，量子位之间的相互作用就越复杂。
因此，虽然50个量子位的原型机有更多的量子位的叠加和纠缠态，也会造成很高的错误率，并且精度和保真度无法保证，所以它可能不会比5个量子位的计算机更实用和强大。
此外，各巨头也推出了一些量子计算机的开放平台。
例如，IBM在2018年推出了量子计算服务IBM Q系统（20量子位量子计算云服务），该系统前身为Quantum，是IBM在2017年开放的体验系统（5量子位量子计算云服务） ，这两个系统可以为用户提供试用IBM构建的5量子位和20量子位量子计算机的机会。
除了IBM之外，微软也在今年12月推出了自己的量子计算机开发套件（Quantum Development Kit），允许用户使用专用的量子计算机编程语言Q#在其开放平台上进行编程。
除了科技巨头的参与之外，初创公司的表现也十分亮眼。
2019年，加拿大初创公司D-Wave推出了10个量子比特的D-Wave One量子计算机。
这家初创公司吸引了很多人的关注。
使用“量子退火”算法。
不过，D-Wave One 是否是真正的量子计算机仍存在争议，因为虽然该算法确实实现了量子位，但量子位之间基本没有联系。
量子纠缠，所以严格来说它还不能算是真正的量子计算机。
不过，这种量子计算机确实可以在某些领域超越经典计算机。
国外巨头和初创企业正在争分夺秒地研发量子计算机。
与此同时，国内巨头也不能坐以待毙。
2019年，中科院宣布将与阿里巴巴旗下阿里云联合建立量子计算实验室，并于2020年5月宣布共建量子计算实验室。
第一台光量子计算机研制成功。
中科院与阿里巴巴联合研发的光量子计算机实现了10个量子比特。
总的来说，真正的“量子霸权”不仅仅是基于量子比特数量的竞争。
即使能实现量子比特，也无法实现系统的可控性和可靠性，也不能算是量子霸权。
这就是为什么2006年谷歌对9个超导量子位的高精度操控足以让世界惊叹。
3、量子计算理论与技术的发展史既然我们了解了量子计算机领域巨头之间的激烈争夺，那么量子计算理论的发展又是怎样的呢？量子计算理论自首次提出以来，已有三十多年的历史。
2000年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼首次提出量子计算机的概念。
2016年，贝尔实验室专家Peter Shor证明，量子计算机可以比传统计算机更快地完成对数运算。
这是量子计算理论提出十多年来的首次实验。
此后，投资者开始发现量子计算机的可行性。
也许量子计算机可能不会出现那么多的操作错误，也许他们可以尝试创建一个稳定状态的量子计算机。
此后十年，无数资金进入量子计算研究领域，量子计算迎来了诸多技术研究进展：D-Wave的量子退火、Intel的硅量子点等。
这些研究成果每一项都有其优缺点，但是最根本的问题还没有解决。
现在主要的技术难点在于准确实现对量子位的控制、量子位之间的纠缠以及量子态的维持，也就是系统的可控性和可靠性。
技术瓶颈尚未得到很好的突破，但科技巨头们仍在量子计算的道路上互相追逐。
为什么？主要原因是现有的芯片线程越来越小（纳米级），量子力学现象将成为计算机bug。
这个bug具体是这样的。
计算机中有很多晶体管，晶体管就像控制电子过程的开关，但是当未来的组件达到纳米尺度，比如纳米级晶体管时，这个开关可能会失效，因为根据量子力学，电子可以直接穿过纳米级晶体管。
到时候，这将是经典计算机无法解决的大bug。
。
另一方面，由于经典计算机即将达到其极限，它们的芯片变得越来越小，组件小到原子大小。
而且即使达到极限，经典计算机也无法解决未来可能出现的许多问题。
例如，对于一个优化问题，即从无数种可能性中寻找最优解，经典计算机只能一一找到，但量子计算机可以进行并行运算。
毫不夸张地说，经典计算机可能必须计算出一个解决方案。
量子计算机只需一分钟即可完成。
经典计算机也无法处理化学问题和生物问题。
IBM实验量子计算团队经理Jerry Chow曾在TED演讲中举过一个生动的例子。
咖啡因分子不像水分子那么简单，但也不像DNA或蛋白质分子那么复杂。
如果我们想用一台经典计算机来模拟一个咖啡因分子，世界上任何现有的计算机都无法使用。
不管你造多少个晶体管，造出一个地球那么大的计算机，或者太阳系那么大的计算机，甚至银河系那么大的计算机，它都无法工作。
没有办法模拟咖啡因分子，但量子计算机可以做到。
总而言之，在经典计算架构发展瓶颈日益凸显的当下，量子计算机被认为是计算领域最有前途的方向之一。
但这个未来何时到来，没有人知道。
十年内可能不会到来。
英特尔实验室副总裁兼总经理 Mike Mayberry 表示：“我们预计这个行业需要五到七年的时间才能在工程规模上解决问题，并且可能需要 10,000 个或更多的量子位用于商业目的。
研究人员仍然需要弄清楚如何解决一些问题，包括纠正单个量子位的脆弱量子态，将软件算法映射到量子硬件，以及构建本地控制电子设备来控制量子系统并获得结果。
” 结论，量子计算机将被重新发明量子计算之所以在全世界如此重要，不仅是因为它“快”，还因为它可以重新定义程序和算法，颠覆很多领域，比如：军事，所有现有的密码学都将不得不重写，因为利用量子技术计算机可以轻松破译所有密码；在医学上，量子计算机可以模拟人体中的各种化学分子，建立医学模拟的新模型；此外，气象学、材料科学等各个领域都面临着量子计算的颠覆。
目前，我们距离真正的量子计算机还很遥远。
目前，量子计算机还处于非常初级的阶段。
量子比特脆弱、不稳定、精度低的问题尚未得到解决。
实现实用化量子计算机还有很长的路要走。
要走的路。