在1965年，英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）觀察到微芯片上每平方英寸的晶體管數(shù)量每隔一定時間就會翻一番，這就叫“摩爾定律”。過去50年來，英特爾一直依靠摩爾定律推動芯片創(chuàng)新，但本文作者說，從量子計算機在過去二十年里的指數(shù)級增長中發(fā)現(xiàn)，摩爾定律已經(jīng)變得多余了。

詳情是如何的？一起來看看吧。

80年代末到90年代初是一個激動人心的時期，個人電腦變得越來越小和越來越便宜，直觀的圖形界面和更多的功能噴涌而出，使得家庭計算成為一種新趨勢。互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)真正推動了科技經(jīng)濟的增長。

最初的計算機系統(tǒng)是基于微芯片的（發(fā)明于1958年），在每平方英寸的芯片上集成了很多晶體管。1965年，英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）觀察到微芯片上每平方英寸的晶體管數(shù)量每隔一定時間就會翻一番，這就是眾所周知的“摩爾定律”。摩爾定律推斷：計算能力大約每12個月翻一番，同時價格也變得更便宜。過去50年來，英特爾一直依靠摩爾定律推動芯片創(chuàng)新，但最近計算機技術(shù)的革命性發(fā)展預示了晶體管時代的終結(jié)。

一些專家指出，計算機變得越來越小和越來越快的關(guān)系要么正在放緩，要么已經(jīng)走到了死胡同。新聞媒體對摩爾定律的報道（上圖）表明，曾經(jīng)流行的作為推動計算增長的驅(qū)動因素的這個名詞已經(jīng)不再受歡迎。

其原因是量子計算的出現(xiàn)。簡單地說，量子計算機是具有更先進處理能力的超級計算機。它們?yōu)楝F(xiàn)代的計算機提供了指數(shù)增長的引擎。量子計算機具有執(zhí)行復雜計算、多個數(shù)據(jù)集和多個變量的能力，與目前基于晶體管的計算機系統(tǒng)相比，它在計算效率方面具有明顯的優(yōu)勢。它的巨大的潛力足以在全球范圍引發(fā)每一個行業(yè)的革命。那么量子計算機如何實現(xiàn)這一點呢？答案就在于這些機器的基礎(chǔ)設(shè)施。為了搞清楚這一點，我們首先需要了解傳統(tǒng)的基于晶體管的微芯片是如何處理信息的。

量子計算機與傳統(tǒng)計算機的區(qū)別

傳統(tǒng)的計算機以比特或位(Bit)的形式處理信息。這些比特或位以0或1的狀態(tài)存儲在晶體管上。這兩種狀態(tài)作為電子開關(guān)（ON-OFF），在兩種狀態(tài)之間交替進行計算。而量子計算機不使用晶體管，它使用量子比特（Qubit）來處理信息。使量子計算機如此之快的原因是這些量子比特具有同時存在兩種狀態(tài)0和1中的能力，并能同時表現(xiàn)出兩種狀態(tài)的特性。這一特性以及量子計算機依賴于自然發(fā)生的量子力學現(xiàn)象——疊加和糾纏，使得這些機器能夠高效和準確地執(zhí)行大量復雜的計算。量子計算機在過去二十年里的指數(shù)級增長重申了一個事實，摩爾定律已經(jīng)變得多余了。

如下圖所示，牛津大學的研究人員于1998年成功地測試了第一臺量子計算機，它只能處理2個量子比特。

到了2017年，IBM設(shè)計了一臺量子計算機，其處理能力為50個量子比特，計算能力提高了25倍。

2018年，谷歌已經(jīng)展示了72個量子比特的信息處理能力。

現(xiàn)在，一家總部位于加州伯克利的初創(chuàng)公司Rigetti Computing正致力于打造世界上最強大的量子計算機，其處理能力為128量子比特。

他們的使命是解決人類最大的問題。Steve Jurvetson是D-Wave Systems公司的一個投資者，而D-Wave是一家總部位于加拿大的公司，它專攻混合量子和經(jīng)典機器，是量子計算系統(tǒng)開發(fā)的早期領(lǐng)導者。

Steve創(chuàng)造了一個新的詞來形容量子計算機不斷增長的能力，稱之為“羅斯定律”。與基于半導體的機器的摩爾定律相比，它給出了量子計算增長的平行定義。

三種類型的量子計算

下面這三種類型的量子計算已經(jīng)提供了一些實際的用例。

量子退火（Quantum Annealing?）：用于解決優(yōu)化問題。大眾汽車與谷歌和D-Wave公司合作，在中國北京這個擁擠不堪的城市進行了一項調(diào)整和優(yōu)化交通流量的試驗。計算算法通過為每輛車選擇理想的路徑，成功地減少了交通擁擠。如果將此解決方案應(yīng)用于全球旅行和物流，想象一下我們能實現(xiàn)多少增產(chǎn)節(jié)約。

量子模擬（Quantum Simulation）：這可以解決傳統(tǒng)計算機無法解決的量子物理化學問題。通過量子模擬技術(shù)，模擬亞原子粒子或單個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)實。這些模擬將對醫(yī)療保健和科學研究領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。。

普適量子（Universal Quantum ）：這臺真正具有未來感的量子計算機將有100000個量子比特的容量，超過100萬個量子比特的處理能力。它將遠遠超過目前只能進行128量子比特計算的量子計算機。想象一下，當我們進入太空旅行的時代，這些機器可以解決難以想象的問題。即使是在目前的增長速度下，我們也要等待一段時間才能得到這些機器。然而，研究人員對普適量子計算機的特定算法已經(jīng)進行了一段時間的研究， Shor的數(shù)字分解量子算法（將會用于高級代碼分解）和Grover的用于非結(jié)構(gòu)化和海量數(shù)據(jù)集的快速搜索量子算法（將會用于高級互聯(lián)網(wǎng)搜索等）是這方面兩個最著名的算法。展望未來，普適量子計算機在人工智能領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。

利用這些量子機器的計算能力對我們在互聯(lián)網(wǎng)時代產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行復雜的計算是至關(guān)重要的。量子計算現(xiàn)在還處于它的早期發(fā)展階段，我們?nèi)匀恍枰€(wěn)定的軟件和硬件開發(fā)平臺以及用于這種革命性技術(shù)的分發(fā)（云計算）渠道。科技巨頭、大公司、咨詢公司和政府在量子計算項目上不斷增長的興趣和投資預示著這一計算新時代的即將來臨……讓我們拭目以待！