成熟的量子计算机已经存在了吗，还是需要10年才能实现?它们必须有足球场那么大吗?数据中心机柜?微波炉?
似乎你与参与量子计算探索的计算机科学家交谈得越多，答案就越不确定。这是反面Schrödinger猫的经典案例在你打开盒子之前，它既是死的，也是活的:量子计算机可以被视为已经活了，或者还没有诞生。
例如,微软全栈量子计算机的工作是基于这种奇异的技术预计将在十年的时间内实现．马里兰州IonQ一直自2019年起将其量子系统商用，并计划开始建造下一代量子计算机明年在华盛顿州博瑟尔的一个研究和制造工厂工作。与此同时,递波系统该公司总部位于不列颠哥伦比亚省温哥华市附近，其量子硬件的销售价格一直为十多年来．
那么量子计算机的黄金时间准备好了吗?研究人员说，它们不是，而且发展的时间表是模糊的。这完全取决于你如何定义量子计算机，以及你期望它们处理的问题类型。
“产生这些估计总是有一个微妙之处，因为没有人通过实验证明了一个工作的逻辑量子位，无论是IonQ还是微软或任何实验平台，”他说拉胡尔Trivedi他是华盛顿大学专攻量子系统的工程学教授。
讽刺的是，或者说恰当的是，量子噪声在不确定性中起着很大的作用。Trivedi说:“很多估计都是基于噪声模型做出的。“人们相信它们有效，他们很好地描述了他们的实验。但随后你扩大了实验规模，开始找出噪声模型中的不足之处，然后更新它们，所有这些数字都在迅速变化。”
关于量子比特的问题
与经典的计算方法不同，经典的计算方法依赖于对1和0的操作，量子计算基于量子物理学的奇怪属性——一个量子比特，也被称为量子位，可以表示多个值，直到结果被读出。
微软(Microsoft)、谷歌、IBM和英特尔(Intel)等大型科技公司正试图利用超导电路来创造量子比特其他公司包括IonQ和Quantinuum而是利用被捕获的离子。D-Wave采用了一种不同的方法量子退火该公司将量子方法应用于特殊类型的问题
处理器中包含的量子位的数量通常被用作衡量量子探索进展的指标。例如，去年11月，IBM宣布它创造了一个名为“鱼鹰”的433量子比特处理器该公司的目标是到2025年超过4000个量子比特。
但研究人员在物理量子位(量子计算的原材料)和逻辑量子位(也就是说，逻辑量子位是此类计算的可靠构建块)之间做出了区分。由于量子系统固有的噪声和误差，为容错量子计算机构建一个逻辑量子比特可能需要组合多达1000个物理量子比特。
微软的团队据估计，一台量子计算机将需要一百万个物理量子比特纠正错误，在解决值得解决的问题上取得优势。这就是为什么微软专注于超导纳米线的量子比特。
“我们说的是100万个物理量子比特作为起点。微软高级量子开发副总裁Krysta Svore在上周的会议上说西北量子连接峰会．“所以如果你的量子比特大小不合适，它最终可能会变成一个足球场的大小。”
IonQ首席执行官彼得·查普曼(Peter Chapman)对量子比特问题有不同的看法。
“如果我有一百万个量子比特，我仍然会有错误率，”他在上周的峰会上告诉GeekWire。“所以我运行的程序的大小不是由量子位的数量决定的。这是由大门的忠诚度决定的。”
查普曼认为，微软和其他依赖超导电路的公司在使用单个物理量子位所能达到的保真度水平上已经达到了一个平台期，因此不得不使用大量物理量子位来进行纠错。他说，IonQ的俘获离子系统将能够以更少的成本做更多的事情，因为它具有更高的栅极保真度。
例如，IonQ的量子计算系统使用32个捕获离子物理量子比特来创建25个算法的量子位元-由IonQ创建的测量方法，似乎大致相当于逻辑量子位，但使用不同的公式计算。
查普曼说，未来几代计算机将使这一数字进一步提高。峰会上展示的一张幻灯片显示，IonQ的目标是在2025年达到64个算法量子比特，在2028年达到1024个量子比特。
IonQ的电脑和你可能在云计算数据中心看到的橱柜差不多大。查普曼表示，该公司的Bothell部门将生产面向更广阔市场的电脑。
“西雅图的目标之一实际上是生产更多的终端用户产品，这里的终端用户可能是大学或政府机构，”他说。“可悲的是，这将是一个无聊的服务器。”
量子:它有什么好处?
为什么要把量子计算放在第一位呢?研究人员说，某些类型的问题用量子处理器比用经典处理器更容易解决，包括一些用经典方法不可能解决的问题。
量子方法特别适合于从广泛的可能性中筛选以找到最佳解决方案的挑战。例如，微软表示，其早期目标是介绍了一种固氮新方法-本质上是一种更容易制造的肥料。微软也与福特有合作利用量子模拟优化交通流量。
量子计算的拥护者可能会谈论应对气候变化和其他全球性挑战，但华盛顿大学的特里维迪表示，并非所有问题都是平等的。
他说:“在接下来的几年里，人们感兴趣的使用这些机器解决的问题并不完全是任意的问题。”“它们是在模拟物理系统时出现的问题，也是在理解化学物质或分子的行为或某些材料的行为时出现的问题。在很多这样的问题中，你并不是真的在寻找一个非常精确的定量答案。你要的不是一个数字，而是一个趋势。”
在这种情况下，即使是稍微错误的答案也可以。
Trivedi说:“你经常可以避开有噪声的系统，所以你真的不需要全面的纠错来做到这一点。”“所以对于这些问题，如果你有一台像IonQ那样的困离子机器，或者即使你是超导量子比特的人，比如谷歌等等，也许这些问题不需要一百万个量子比特就能解决。”
华盛顿大学的另一位计算机科学教授，安德里亚Coladangelo他说，早期的量子计算系统可以通过化学让人们过上更好的生活。他说:“人们希望有某种特定的算法来模拟化学系统。”例如，研究团队正在用量子方法对一类算法进行实验哈密顿模拟，它可以识别化学反应的低能状态。
“这可以用于设计新材料，”科拉德吉洛说。
另一方面，复杂的数学问题——例如，寻找大数的质因数——将是更难破解的坚果。这类问题是值得注意的。安全专家高度关注，因为质因数分解是目前支持安全在线通信和交易的支柱之一。联邦政府已经这么做了为一天做计划当量子黑客试图破解保护你银行账户的密码时。
幸运的是，特里维迪表示，破解密码将是量子计算机可以承担的最具挑战性的任务之一。特里维迪说:“这可能很难，特别是对于人们在RSA密码系统中使用的数字规模而言。”“这些数字并不小。它们是非常非常大的数字。所以这在不久的将来不会发生。”
如果前方有一个光明的新量子时代，它不太可能在某一天出现。微软，亚马逊，谷歌，IBM，IonQ，递波其他公司已经提供了基于云计算的量子工具，供开发人员试用，混合计算平台将逐渐出现越来越多量子激发产品所．
因此，在确定量子计算机是否存在的问题上，在未来的一二十年里，很可能会有不止一次的机会打开这个盒子并找出答案。
