最近的通过Google声称量子计算机执行了一个特定的计算,即使是世界上最快的经典超级计算机也会扼杀的特定计算,而不是它的问题。其中的首席是:当全成熟量子计算机到达时,我们会准备好吗?

谷歌通过了更加清醒的现实的背景实现了这一里程碑:即使是今天最好的门的量子计算机也只能占用50夸张。Qubit或量子位是量子计算中的基本信息,类似于经典计算中的一点,但更多。

基于门的量子计算机使用逻辑门操作,但与经典计算机相比,它们利用量子力学的固有特性,如叠加、干涉和纠缠。当前的量子计算机噪音大,容易出错,量子态中的信息通过一种称为退相干的机制在几十微秒内丢失,并通过故障闸门.

尽管如此,研究人员仍然可以证明,如果慢,朝着更加可用的Qubits进展。也许在10年或20年中,我们将达到可靠,大规模的耐堵塞量子计算机的目标,可以解决广泛的有用问题。

当那一天到来的时候,我们该拿他们怎么办?

我们已经准备了几十年了。20世纪80年代初,美国物理学家保罗·贝尼奥夫发表了一篇论文证明图灵机器——计算机的量子力学模型在理论上是可能的。大约在同一时间,理查德·费曼(Richard Feynman)认为,在经典计算机上以任何有用的规模模拟量子系统都是不可能的,因为问题会变得太远太大:所需的内存和时间会随着量子系统的体积呈指数增长。在量子计算机上,所需资源的扩展远没有那么彻底。

费曼提出研究量子系统的最佳方法是在量子计算机上模拟量子系统,这确实开创了量子计算领域。模拟量子物理是一个非常重要的问题这个量子计算机的应用程序。他们不会在智能手机上帮助您流线。如果可以建造大型容错量子计算机,他们将使我们能够将量子力学奇怪的世界探讨到前所未有的深度。它遵循不同的规则,而不是我们在日常生活中观察到的世界,但仍然是一切。

在一台足够大的量子计算机上,我们可以模拟量子场论来研究宇宙最基本的性质。在量子效应占主导地位的化学和纳米级研究中,我们可以研究材料的基本性质,设计新的性质来理解非常规超导电性等机制。我们可以模拟和理解新的化学反应和新的化合物,这有助于药物的发现。

通过深入了解数学和信息理论,我们已经开发出许多理论工具来做这些事情,而且算法比工艺更远地建造实际机器。这一切都始于量子计算机的理论模型,这建立了如何利用量子力学执行有用的计算。研究人员编写量子算法来执行任务或使用该模型解决问题。这些基本上是一系列量子栅极以及提供所需经典信息的量子状态的测量。

那么比如说,,格罗弗算法显示了一种执行更快搜索的方法。肖尔算法事实证明,大型量子计算机有朝一日将能够破坏基于RSA的计算机安全系统,RSA是一种广泛用于保护全球电子邮件和金融网站的方法。

在我的研究中,我的同事和演示了非常有效的算法进行有用的计算和研究物理系统。我们还展示了电子系统的第一批小规模量子模拟中的一种方法,即核磁共振量子信息处理器. 其他人也对我们的工作和工作采取了后续行动最近模拟的简单量子场论在嘈杂的中等规模的量子计算机上和实验室实验中。

在我们等待硬件赶上理论的同时,量子信息科学的研究人员将继续研究和实现量子算法,这些算法对于目前可用的噪声大、故障多的机器非常有用。但我们中的许多人也在放眼长远,将理论深入到量子物理、信息论、复杂性和数学的交叉点,一旦我们有了量子计算机,就会开辟新的探索领域。