Google近日宣布其在量子運算領域取得重大突破，其設計的量子電腦可在短短幾秒鐘內，完成世界上最先進超級電腦需要47年才能完成的運算量。
量子運算是一門利用量子物理學奇異之處的科學，它是一個快速發展且存在爭議的領域。量子電腦在氣候科學和藥物發現等領域擁有巨大潛力，它們提供的運算速度遠遠超過傳統的同類產品。
01 潛在缺點
量子電腦對當代加密系統構成了重大挑戰，因此其也被視為最重要的國家安全問題之一。
爭議性的討論仍在繼續。批評者認為，儘管取得了令人印象深刻的里程碑，但這些量子機器仍然需要在學術研究之外展示更多的實用性。
02 量子電腦算力驚人
四年前，Google聲稱自己是第一家實現「量子霸權」的公司，這是量子電腦超越傳統電腦的一個里程碑。這在當時受到了競爭對手的質疑，他們認為Google誇大了其機器與傳統超級電腦之間的差別。
Google最新的量子電腦名為Sycamore量子處理器，目前擁有70個量子比特（qubit）。與早期版本的53個量子比特相比，這是一個巨大的飛躍。增加更多的量子比特可以成倍地提高量子電腦的性能，使得新處理器的健壯性大約是以前機型的2.41億倍。
由於每個量子比特可以同時以0、1或兩者的狀態存在，因此其儲存和處理這種量子資訊水準的能力，即使是最快的超級電腦也無法匹敵。
Google團隊在arXiv平台上發表的預印本論文中表示：「量子電腦有望執行超出傳統電腦能力的任務。我們根據改進的傳統方法預估了運算成本，並證明我們的實驗超出了現有傳統超級電腦的能力。」
即使是目前最快的傳統電腦，也無法與量子電腦的潛力相媲美。這些傳統超級電腦在二進制程式碼語言上執行，被限制在0和1的雙狀態現實中。然而，量子典範超越了這一限制。
03 變革性力量
目前還不確定Google量子電腦的製造成本是多少。但無論如何，這一發展絕對會為運算能力帶來巨大變化。
例如，根據Google團隊的說法，Frontier超級電腦只需6.18秒就能完成Google53量子比特電腦的運算。然而，同樣的機器需要47.2年才能完成Google最新70量子比特機器執行的運算。
04 量子霸權
量子運算領域的許多專家都讚揚Google取得的重大進步。量子公司Riverlane的首席執行長史蒂夫·布里爾利(Steve Brierley)稱，Google的突破是一個「重大里程碑」。
他還補充說：「關於我們是否已經達到或確實能夠達到量子霸權的爭論，現在已經解決了。」
同樣，蘇塞克斯量子技術中心主任溫佛瑞德·亨辛格教授（Winfried Hensinger）也稱讚說，Google解決了一個難以在傳統電腦上運算的特定學術問題。
亨辛格教授說：「他們最近的展示再次有力地證明了，量子電腦正在以穩定的速度發展。」但他強調，即將到來的關鍵一步將是創造能夠糾正其固有操作錯誤的量子電腦。
雖然IBM尚未對Google最近的突破發表評論，但很明顯，量子運算領域的這一進展已經引起了全球研究人員和公司的注意。這將為運算技術的發展開闢新的前景和競爭。
05 量子運算基礎
量子運算是技術進步的一次顯著飛躍，它有可能重新定義我們的運算能力。利用量子物理特別的定律，在解決某些類型的問題上明顯優於傳統電腦。
傳統電腦基於位元運行，位元可以是0或1的狀態。另一方面，量子電腦在量子比特上運行，稱為量子比特。與傳統位元不同，量子比特可以同時以兩種狀態存在，這要歸功於一種被稱為疊加的量子原理。
疊加使量子電腦的運算能力呈指數級增長。例如，兩個量子比特可以同時存在於四種狀態(00、01、10、11)，三個量子比特可以同時存在於八種狀態，以此類推。這使得量子電腦可以同時處理大量的可能性。
量子電腦利用的另一個關鍵量子原理是糾纏。糾纏的量子比特緊密相連，改變一個量子比特的狀態，與它糾纏的夥伴的狀態也會瞬間改變，不管距離有多遠。這一特性使量子電腦能夠更有效地處理複雜的運算。
06 量子電腦的應用
量子運算的獨特特性使其成為解決傳統電腦難以解決的複雜問題的理想選擇。
密碼學是量子運算可以產生重大影響的一個值得注意的領域。快速分解大數的能力使量子電腦對當前的加密系統構成威脅，但也為開發更安全的量子加密方法打開了大門。
在醫學領域，量子運算可以實現複雜分子結構的建模，加速藥物的發現。量子模擬可以提供對新材料和新工藝的見解，此前這些新材料和工藝可能需要數年時間才能透過實驗發現。
07 量子運算面臨的挑戰
儘管潛力巨大，但量子運算並非沒有挑戰。量子態非常微妙，在一段時間內保持這種狀態是一個重大挑戰，也就是量子相干性。最輕微的環境干擾都會導致量子比特失去狀態，這種現象被稱為退相干。
量子糾錯是另一個艱鉅的挑戰。由於量子比特的脆弱性，量子運算比傳統運算更容易出現錯誤。開發既不需要大量量子比特、又具備有效糾錯方法的量子電腦，仍然是量子運算研究的焦點。
初創企業通用量子的首席執行長塞巴斯蒂安·威特表示，量子電腦需要展示更多實用功能。
他說：「這是量子霸權的一個很好的證明。雖然在學術上是一個偉大的成就，但所使用的演算法並沒有真正在現實世界中得到實際應用。我們真的必須進入實用量子運算時代。在這個時代，擁有數千個量子比特的量子電腦實際上開始以傳統電腦永遠無法實現的方式為社會提供價值。」
08 量子運算的未來
雖然量子運算仍處於起步階段，但創新的快速步伐預示著一個充滿希望的未來。IBM、Google和微軟等科技巨頭以及眾多初創公司都在量子運算研究方面取得了重大進展。
在未來幾年，我們可以預期量子電腦在功率和可靠性方面繼續得到改進。量子霸權（量子電腦在運算能力上超越傳統電腦）可能比我們想像的更容易實現。
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