量子计算机|比超级计算机快亿亿倍！九章与祖冲之二号：已实现事实量子霸权？( 二 ) 超导|祖冲之

量子计算机那么优秀，为什么还不推广？
量子计算机实在太优秀，所以科学家都挖空心思要将其研制出来，但有一个现实是非常无奈的，就是量子计算机的计算结果是叠加态的，它到底是0还是1 ，这就成了一个超级难题，并且这还困扰了科学家很久。
量子计算机的算法
不过这问题在1994年获得了突破，数学家Peter Shor设计出了基于量子比特的质因数分解算法，啥意思？就是用量子比特的计算特性，可以用来解决质因数分解，这是将一个正整数写成几个约数的乘积，比如两个整数的乘积很容易算，但给出一个大整数，然后算它们的约数就很难。
科学家找了很多算法来试图解决这个问题，因为它和代数学、密码学领域有着相当大的关系，比如现代有多密码算法都基于质因数分解，比如用超级计算机来分解一个400位的大数大约需要60万年。
而用量子计算机来计算只可能需要几个小时甚至几十分钟就能完成计算，假如时间过长，那么再增加一个比特即可。所以量子计算机对质因数分解有着相当的优势。
但新的问题产生了，这个算法只能用于分解质因数，别的还不行！也就是说你要是买台装了Peter Shor那质因数分解的量子计算机，只能玩质因数分解，比如你输入100位的大数，也许几秒就能算出来给你，但你要让它帮你处理个图片问题，或者剪辑下几个视频，很抱歉，超出范围，无法使用。
所以无论是量子计算机的那种算法，比如Grover/Long算法（数据库搜索）和量子退火算法都是执行相当单一的功能，只能“专机专用” ，别的不会，当然大家会认为这有毛用啊？其实也不是，毕竟它还是能解决特定场合下的特定问题，这也行啊！
【量子计算机|比超级计算机快亿亿倍！九章与祖冲之二号：已实现事实量子霸权？】量子比特的退相干
但另一个问题就比较恼火了！就是量子比特的退相干问题，外界的振动、温度波动、电磁波以及与外部环境的其它相互作用引起的相干性损失称为退相干，或者直接叫做“波函数坍缩效应” ，怎么办？其实也好解决，就是使用纠错码，多搞几个量子比特计算不就结了？
比如GOOGLE当年吹破天，实现了量子霸权72量子比特量子计算机，其实只是物理层面的72量子比特，它并不能同时进行逻辑运算，而是以9个为一组进行逻辑运算，也就是8个比特的量子计算机，并且准确度只有80% 。
72比特量子芯片的结构图， Bristlecone只有72个结纠错码是个好办法，但问题是要控制那么多量子比特，难度就很高了，因此尽管量子计算机有那么优秀的性能，而算法也有了，方法也具备了，却迟迟都没有大的突破就是这个原因。
实现量子计算有哪几种方法，超导和光量子谁更有前途？量子计算机的种类不少，但现在突破的方向中有几个是比较有前途的，比如超导量子比特和离子阱或者冷原子，做成通用量子计算机的潜力比较大。
光量子计算机的光子与环境作用很弱，因此相干性很好，时间也比较持久，因此光量子的比特数增加上具有优势，但难就难在不能快速操纵光量子比特，只能用玻色采样，无法精确操控，因此在通用量子计算机的路上困难重重。
超导量子是目前最有前景的量子计算机突破方向，相干时间比较长，操控方式可以使用微波相对比较简单。并且制造方面和现有半导体工艺比较接近，另外量子比特间的关联也比较容易。
但超导量子有一个难以逾越的难题，就是每个量子比特都是人造的，所以想要完全一致都达到很高的性能其实非常困难，因此这条路走得也很艰难，目前Google与IBM以及Intel等都在这方面下功夫。
另一个通用化量子计算机的突破方向则是离子阱，这模式下相干时间比超导还长，而且各个量子比特又是天然统一，操控上用激光耦合会比超导难一些，但量子比特之间的互联更容易，但它最大的问题是量子比特数的扩张很困难。
所以这条路上没有一个是顺畅的！中科院量子信息与量子科技创新研究院科研团队发布的“九章二号”使用的是113个光子144模式的量子计算原型机，从之前的76个光子增加到了113个光子，它特定算法下的速度比超级计算机快亿亿亿倍。
“九章二号”突破的是光量子计算机方向，这个尽管通用化很难，但这解决特定的问题并没有毛病，因此在这条线路上我们仍然在不断努力。