IBM的量子计算机真的可以秒杀中国超算吗？

回顾刚刚过去的2017年，中国超算再次500强夺冠，但美国也在追赶，今年可能会公布2套性能180P的超算。

同时，两国在量子计算机的研制上，也都在取得突破，竞争激烈。

量子计算领域去年最大的新闻，莫过于11月12日，IBM宣布取得的重大进展。IBM成功研发出20量子位的量子计算机，并成功建成并测试全球首台50个量子比特的量子计算原型机。就在11月，中国的超级计算机神威太湖之光和天河二号再度蝉联TOP500前两名。有媒体随即对IBM的量子计算机与神威太湖之光超算进行比较，认为IBM的量子计算机可以秒杀神威太湖之光。

那么，目前的量子计算机真的能和超级计算机这样比较吗？为什么中美等国在这两个领域都在加紧投入研发？



IBM 50Q 系统

中美在量子计算机研发上相互追赶

近年来，中国和美国相继在量子计算上取得突破，而且技术突破呈现你追我赶的态势。

目前，量子计算有诸多的研究方向，比如低温超导系统、量子点系统、离子阱、拓扑量子计算等。在多个方向上，中国科学家都取得了不错的成绩。

早在2015年，《中国科学报》就报道过：中国科学技术大学杜江峰研究组在固态自旋体系中实现了达到容错阈值的普适量子逻辑门，这一结果代表了目前固态自旋体系量子操控精度的世界最高水平，研究成果发表在11月25日的Nature Communications上。



中国半导体量子芯片

在2016年，中国科技大学成功研发出半导体量子芯片。该量子芯片由砷化镓材料制造，用半导体工艺做出模拟原子能级的结构实现量子比特，逻辑比特数量为3个。相比之下，国外目前还停留在四个量子点编码的两个比特水平，在该领域中国已经达到国际领先水平。

由于低温超导系统具有较好的扩展性，更适合工业化生产，因而把低温超导系统作为主攻方向的研究者更多一些。研究的人多了，自然技术成果也就多一些。

在2012年，R. J. Schoelkopf在超导线路中实现三比特的量子纠错编码。之后，美国航天航空局、加州大学圣芭芭拉分校、谷歌宣布实现的9个超导量子比特的高精度操作。

在2017年，中国科学技术大学等单位联合研制了2台量子计算机，一台基于低温超导系统，这台量子计算机有10个量子比特，一举超越美国航天航空局、加州大学圣芭芭拉分校、谷歌实现的9个超导量子比特纪录。另一台基于线性光学，达到5个量子比特。随后，中国科学院院长白春礼院士透露，中科院正在研制中国首台量子计算机，预计在最近几年内有望研制成功。

IBM这次研发出20个量子比特的量子计算机和50个量子比特的原型机，则展示出IBM在量子计算领域的技术积累。



IBM20和50量子比特阵列

对于IBM在量子计算方面取得的成绩，专家表示：“这对国际量子计算领域应该说是一个振奋的消息，IBM研发出50个量子比特的原型机说明超导方案还是目前看来最有希望的......其实，我们今年年中的时候就已经了解到IBM和谷歌今年年底都要宣称50个量子比特的事......在量子计算方面，竞争非常激烈。也多亏竞争激烈，使得国内的相关计划也进展快速，至少已经提前了2-3年......国内潘建伟院士这边的超导方案做的最快，曾经在5月份超过谷歌之前保持的记录。现在IBM领先了，后面估计谷歌要想办法扳回一局，我们国内继续加快研发进度......就目前看，美国取得了阶段性领先”。

量子计算机只能解决特定领域问题

目前的量子计算机还存在一定的局限性。

量子比特分为物理比特和逻辑比特，对数个物理比特进行编码后，才能得到1个逻辑比特。由于国际上没有一家机构能实现一位逻辑比特的编码，而实现不了编码就不可能实现通用量子计算。

因此，目前的量子计算机只能做一些特定的任务，使用分为非常狭窄。就以IBM本次研发出的20量子比特量子计算机来说，它就只能解决一些特定的问题。