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量子计算|量子计算战争：国家实力、技术路线的双重对抗

按：在人类计算技术的飞速发展中，量子计算越来越受到重视 。实际上，它不仅仅是相关企业保持其核心竞争力和前沿技术能力的重要领域，也是国家之间相互竞争的重要科技领地；目前在这个领域已经出现了不少选手，它们都实力强劲，且选择了不同的技术路线，形成了蔚为大观的 "量子计算战争" 。围绕这一话题，外媒作者 MARK LAPEDUS 进行了全面而深入的解读，雷锋网对本文进行了不改变原意的编译 。
量子计算正在升温，越来越多的企业竞相对量子计算技术进行基准测试、巩固，意在将其商业化 。
截至 2021 年 7 月，一个来自中国的团队在原始性能方面似乎已经处于领先地位，谷歌、IBM、Intel和其他量子计算机开发商也不甘落后，且已经研发出第一波量子计算机 。
不过，所有这些都可能在一夜之间改变，这些系统仍处于发展初期，尚未运行任何有用的商业应用——宣布量子计算的赢家，还为时过早 。
了不起的量子计算
到目前为止，量子计算确实取得了显著进展，并同超级计算机区分开来 。
在经典计算中，信息以位存储，可以是“0”或“1” 。在量子计算中，信息存储在量子位或量子比特（Quantum bits, or Qubits）中，可以以“0”或“1”或两者的组合形式存在，叠加态使量子计算机能够一次执行多项计算，使其性能优于传统系统 。
不过这项技术面临着许多挑战，许多行业专家认为：这些系统距离实用还有十年的时间 。
然而，这并没有让公司、政府、研发组织和大学放弃相关技术的研发，它们依旧向这个领域投入数十亿美元 。如果这些技术得以实现，可以加速新化学、药物和材料的开发，还可以破解任何加密系统，能够为公司和国家提供竞争优势 。
因此，研发量子计算技术成为许多国家科技发展的重中之重 。
“量子计算处于国家计划的前沿，” FormFactor 高级副总裁 Amy Leong 说 。“这一领域已经宣布了超过 200 亿美元的投资，涉及 15 个国家或地区 。像美国和中国这样的地缘政治强国，肯定在争夺量子霸权的竞赛中处于领先地位，其次是来自欧洲和亚洲的许多其他国家 。”
中国科学技术大学 (USTC) 于 2021 年 6 月取得了重大进展，展示了研究人员声称的世界上最快的量子计算处理器，超过了自 2019 年以来谷歌 53 量子位设备保持的非官方记录 。中国科技大学的 66-量子位处理器在 1.2 小时内完成了一项复杂的计算——如果采用如今的超级计算机，这项计算需要 8 年才能完成 。
“当我查看第一批应用时，我意识到我们需要数千个甚至十万个量子位来做一些有用的事情 。”Intel量子硬件总监詹姆斯克拉克（James Clarke）说：“我们今天达到了 50 到 60 个量子位，还需要更多时间才能达到 100 万个量子比特——而这对于密码学来说，是非常必要的 。”
与此同时，量子技术还有多个分支阵营 。
实际上，厂商们正在开发基于一系列技术的十几种量子位，例如超导（Superconducting qubits）、离子阱（Ion traps）和硅自旋（Silicon qubits），每个阵营的厂商都声称它们的技术是卓越的，并将实现实用的量子计算机 。
根据 Hyperion Research 的数据，量子计算机的市场预计将从 2020 年的 3.2 亿美元增长到 2024 年的 8.3 亿美元 。
超越经典计算但无法替代
从历史的发展进程来看，计算领域取得了巨大进步 。
1945 年，宾夕法尼亚大学开发出第一台通用电子数字计算机 ENIAC，它使用真空管控制电子来处理数据，每秒可执行 5000 次加法计算 。
1947 年，晶体管的出现改变了一切；从 20 世纪 50 年代开始，晶体管取代了许多系统中的真空管，计算机速度更快 。
1964 年，现已解散的 Control Data 公司推出了 CDC 6600，这是世界上第一台超级计算机——CDC 6600 以晶体管为基础，集成了一个具有 2 MIPS（ Million Instructions Per Second） 性能的 60 位处理器 。
发展到今天，智能手机比早期的计算机更快 。以 iPhone 12 为例，它采用了基于台积电 5nm 工艺的 A14 处理器，A14 包含 118 亿个晶体管，具有 6 核 CPU 和 16 核神经引擎，每秒可进行 11 万亿次操作 。
在高性能计算方面，来自日本的富岳（Fugaku）超级计算机在 2021 年保持了其作为世界上最快超级计算机的地位 。富岳由日本理化研究所（Riken） 和日本信息通信技术企业富士通（Fujitsu）构建，它采用基于 Arm 架构的 A64FX 处理器，拥有 7630848 个内核，可实现每秒 442 petaflops （petaflop 即每秒执行 1 千万亿次浮点运算）的性能 。


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