【芯观点】耶鲁大学教授详解：量子计算会成为变革IC产业的重要力量吗？：【芯观点】耶鲁大学教授详

原标题：【芯观点】耶鲁大学教授详解：量子计算会成为变革IC产业的重要力量吗？

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耶鲁大学应用物理教授StevenGirvin ，图片来源：集微网视频采访截图
集微网报道，研制量子计算机迈出的第一步是在大学黑板上进行的大量深奥的数学运算。据粗略统计，包括美国、英国、中国和德国在内的各国政府合计已投入数十亿美元以推进量子研究。如今这项已经发展几十年的技术终于成为了一个商业命题。
【【芯观点】耶鲁大学教授详解：量子计算会成为变革IC产业的重要力量吗？】2020年是后“量子霸权”（或称“量子优越性”）元年，世界对量子计算的投入持续上涨，技术和生态蓬勃发展，多个平台异彩缤纷。 2020年12月，中国的76个光子的量子计算原型机“九章”的问世，让中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。
在这一浪潮将在2021年继续推高社会的关注和期待，但接下去量子计算的研究需要证明自身的使用价值。
那么量子计算到底有哪些“非凡”之处？量子计算能不能成为IC产业革命性的重要力量？相关的研究和应用处于怎样的阶段？集微网日前独家连线专访了耶鲁大学应用物理教授StevenGirvin 。 StevenGirvin研究量子力学多年， 2020年开始任美国布鲁克黑文国家实验室C2QA量子优势联合设计中心负责人，布鲁克黑文是今年美国国家科学基金会和能源部拨款资助的五个量子研究院之一。
量子计算VS传统计算
所谓量子计算，简单来说，就是依据量子物理定律来处理信息的新型计算方式。 Girvin对集微网指出，量子物理始于一个世纪以前，发展成熟但一直变化不大。直到近几十年来，学界和产业界才逐步意识到量子技术有尚未被发掘的强大力量。
Girvin进一步解释，普通的电脑使用二进制数， 0和1是基本算符，每个数字称为一个位元（二进制位，或称比特）。但了解了量子力学和不确定性原理之后，就会发现量子系统的单位能够处在不确定状态中。 “而这一发现的真正意义在于，（利用量子力学的特性）可以使电脑它真正的意义是电脑能同时进行多线运算，即能同时考虑到位元是0和位元是1时的两种情况。而当这一能力延申到多个位元上，也就是量子位元，计算机能同时做的事就会呈指数增长，如此就能做到现有的传统电脑不可能完成的某些计算任务。 ”Girvin指出。
简而言之，利用量子力学的反直觉特性，可以大幅加速某些类型的计算。这让量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面（如机器学习，密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等）相比经典计算机实现指数级别的加速。
“当问题越来越复杂，数据库越来越大，或者变量越来越多时，在传统电脑上执行这种计算的难度系数就会指数增长，难以执行。而这种难度在量子计算机上增长得会慢一些。 ”Girvin指出量子计算的长远潜能。
以机器学习为例，关于机器学习的一种思考方式是将其视作优化问题，即计算机试图在数百万个变量之间折中取舍，以求出误差尽可能小的解。而量子计算机则有望大大提高计算速度，从而在优化问题中的表现远胜过普通电脑。
“量子计算机还处于普通电脑1940年的阶段”
那么目前学术方面量子计算的研究到哪一步了呢？对此， Girvin的结论是，尽管领域每天都会有很多进展，以求做出更大更有用的量子计算机，但是技术上还没有准备好， “我们仍处于第二次量子革命的初级阶段。 ”
Girvin说，目前人类在量子世界中的研究进展相当于“刚刚做出了真空管，或者刚刚发明算盘、晶体管这样的阶段” 。
“这个阶段相当于普通电脑在1940年的时候，非常初级，非常简单，只有少量的量子位元。 ”Girvin指出，目前的量子计算机虽然已经有一些应用，人们已经能从网上接入量子计算机，在上面简单地编码实验，但总体上仍处于研究阶段，还谈不上有经济价值。
而对于量子计算的能力，全球的研究也尚处于很初级的阶段。 Girvin指出，过去二十年来，一个巨大的进步是量子位元保留信息的时间增长了一百万倍。
“二十年前，第一批量子位元面世时，几乎无法储存信息，大概只能记住一纳秒。现在的技术能保留信息一毫秒了。 ”Girvin称，这是一个了不得的进步，也是做出更复杂电路的前提。