揭秘 | 刚刚被刷屏的中国量子计算原型机究竟怎么样？

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那么量子计算到底什么？相对于现在使用的经典计算机，又有什么优势呢？本次发布的量子模拟机性能究竟怎么样呢？

经典计算机发展遭遇瓶颈

在过去几十年中，由于计算机技术飞速发展，芯片的集成度和制造工艺突飞猛进。但随着制造工艺的进步，晶体管栅长不断变小的同时，也带来了副作用——那就是会使电子移动的距离缩短，容易导致晶体管内部电子自发通过晶体管通道的硅底板进行的从负极流向正极的运动，为了解决这个问题，国外巨头开发出SOI技术和鳍式场效电晶体技术，通过在源极和漏极埋下一层强电介质膜，或者增加绝缘层的表面积来增加电容值，防止发生电子跃迁，这使得摩尔定律得以延续。

但随着制造工艺发展到7nm，如果要进一步缩短晶体硅的栅长，又会发生隧穿效应，粒子迅速穿越势垒——在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，按照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；而对于微观粒子，量子力学却证明它仍有一定的概率贯穿势垒。

打个比方，就是只如果你面前有一道10米高墙，按照经典力学，如果找不到合适的工具，你就翻不过去。但对于微观粒子来说，由微观粒子波动性，可以直接穿墙而过。正是由于隧穿效应使得摩尔定律在当下已然失效，经典计算机发展陷入瓶颈。经典计算机发展中已经逐渐遭遇功耗墙、通信墙等一系列问题，传统计算机的性能增长越来越困难。最典型的例子莫过于CPU巨头Intel，在2013年之后，Intel的CPU性能增长比较有限，因而被网友调侃是“牙膏厂”。在不久前更是取消了有20年历史的英特尔开发者论坛。这其中的原因之一就是撞上了性能天花板。

在经典计算机发展遭遇瓶颈的情况下，探索全新物理原理的高性能计算技术就成为必由之路。

量子计算的优势

量子计算机具有极大超越经典计算机的超并行计算能力。例如，如果是求一个300位数的质因数，目前的超算估计用十几万年的时间来完成，而量子计算机原则上可以在很短的时间内完成。因此，量子计算在核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造等领域具有突出优势，是新概念高性能计算领域公认的发展趋势。

中国科学院院长白春礼院士曾表示：使用亿亿次的天河二号超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组，所需时间为100年。而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组，仅需0.01秒。

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