內容來源：致未來 CTALK 微信公眾號

問

您能否和大家分享一下，如果量子計算進行大規模的應用，還存在哪些挑戰？

答

我舉一個例子，Shor算法在破解RSA-1048密碼時，需要一個月時間才能破解，這要求量子計算機要有一個月的穩定運行時間。當前量子計算機的退相干時間只是微秒級別的，從這方面來說，量子計算機還有非常大的發展空間。

其次，如果想要運行Shor算法等大數分解算法，量子計算機量子邏輯門操作保真度必須要非常高才行。當前最高的量子計算機邏輯門保真度也只是到99%或者99.9%的程度。類比于經典計算，每個邏輯門的操作實際是要非常精確的，如果量子邏輯門保真度不高會影響最后的輸出結果。所以，在量子邏輯門保真度方面也需要進行更多提升。在今年2月份，Google已經在《Nature》上發表了一篇量子糾錯的論文，它可以證明可以通過不斷增加量子比特降低量子比特錯誤率，從而提高量子邏輯門保真度。

在可預見的未來，容錯的量子計算是可以被實現的。但達到基本條件后，還需要考慮的一個問題，即經典數據到量子數據的轉換問題。做經典計算的人都知道，從CPU到GPU的數據是傳輸轉換的過程，同理，量子計算也需要從經典到量子的數據轉換過程，這就需要量子隨機存儲器這樣一個硬件用來保存經典數據并通過量子操作去查詢經典數據，達到經典數據到量子數據降低復雜度的效果，這也是一個關鍵點。

問

量子計算的硬件發展，還有哪些需要克服的困難？

答

現在量子計算機分為很多技術方案，比如超導、半導體量子點、光量子，離子阱等，這些方案都有自己的技術優勢和技術缺點，比如超導的優勢在于它可以實現二能級的量子比特操作，也可以實現多能級的量子比特操作。但它的缺點在于，需要的溫度特別低，接近絕對零度，這對技術環境要求非常高。以離子阱為例，它的優勢在于它的拓撲結構可以把所有量子比特全部連接在一起，形成全連接的網絡，這樣它的量子邏輯門的操作和算法實現的會更容易。它的缺點在于：一是擴展性不是很好；二是量子邏輯門的操作時間也是比較慢的，舉例來說，超導量子單邏輯門的時間是納秒級別的，離子阱有可能是微秒級別的一個操作時間。從這個方面來看，離子阱也是有它的優勢和劣勢。