量子计算机:摩尔定律终结者?

科学界的新宠“量子计算机”，正伴随着摩尔定律的挽歌，蹒跚着向人们走来。

4月30 日，外媒报道称，IBM已完成四量子位原型电路的研发，为推出真正量子计算机奠定基础。这是IBM去年5月宣布未来五年将投入30亿美元研发新一代半导体后的首次成果展示。

今年3月，谷歌也推出了自己的量子电路，并声称量子计算机的运算能力将超过普通计算机数万倍。

随着IT巨头纷纷发布量子计算研究成果，素来低调的量子计算机突然成为热门话题。但从已面世的量子计算机来看，不论其应用面还是单价效率，相比传统计算机都还存在差距。

这种烧钱的大块头什么时候能终结摩尔定律，并“塌缩”成我们手中的智能手机，依然是个未知数。

理论遐想

如人类学会生火一般，量子力学理论作为20世纪人类最伟大的发现，对当今世界产生了深远的影响。从核弹到电子显微镜，在支配量子理论基础上，人类创造出众多跨时代的产品。

量子计算机的构想，正是基于量子力学理论的叠加态原理而设计的。

传统处理器的逻辑门（集成电路最基本的运算组件）不可逆，而弗雷德金构想的新型处理器逻辑门是可逆的，这样的好处就如同将单向车道丁字路口改为双向车道十字路口，使得信息可在线路上掉头，不必绕远。

对于传统处理器来说，“绕远”就是将电路上的信号擦除，载入新的逻辑信号。这个过程将耗费大量的能量并发热。在极高的运行速度下，处理器会因高温融化。

另外，因为量子计算机处理的量子信息是一种叠加态，而非传统计算机的0和1二进制。这就使得量子计算机在进行逻辑运算时，可一次得到多种甚至全部的运算结果。

这就相当于将高速路上的小轿车全部替换为双层巴士，极大提高了运算量。科学家们由此推论，采用新逻辑门的量子处理器优势显而易见，它比传统处理器能耗更低且速度更快。

但此时的量子计算机理论并没引起关注，因为不论从量子物理学角度还是计算机应用方面来看，量子计算机的实现过程都极其困难。

而著名的摩尔定律此时已然在科技界生效，简单、可靠的实现方法，让晶体管以百万计的超大规模集成电路形态，顺着电脑流水线进入企业和家庭，且价格越发低廉。而直到1988年费曼去世，量子计算机依旧停留在物理学家的脑海中。

机遇与争议

真正激发起人们对量子计算机的热情，源自1994年舒尔提出的量子算法。

20世纪末随着计算机和网络的普及，通信安全也成为棘手问题。而基于大素数乘积原理的RSA算法因为运算量大，难以被破解，被普遍应用于信息加密。

问题在于，此时的量子计算机虽然算法理论储备丰富，但工程学上怎么才能造出一台量子计算机，仍是个难题。

直到1999年，研发实际应用量子计算机的加拿大D-WAVE公司成立，造出一台量子计算机的想法，才得以实现。

D-WAVE公司的两次交易均获成功，量子计算机实用化的大门似乎已向人们敞开。但对于量子计算机的争论，也由此不断出现。

虽然D-WAVE公司声称，其量子计算机比传统计算机的运算速度大约快3.55万倍。但很多研究团队在考察过后表示，D-WAVE公司的量子计算机只有5倍于传统电脑的运算速度，在某些情况下其速度甚至只有1/100。

另外，D-WAVE公司使用的模拟运算算法，也被指责不是真正意义上的量子计算机。 人们当然愿意看到传统计算机之外的新兴计算机产业发展。但量子计算机目前的成就，只能说是迈出了一小步。

只是一小步

虽然质疑声不断，但科学界还是给予D-WAVE公司的量子计算机部分肯定。毕竟它应用了量子原理来进行运算和储存，并使得量子计算机能从实验室走出来，跟传统电脑就某一领域就行比武。

但即便如此，量子计算机还是个造价昂贵的“计算器”。购买同等计算能力，量子计算机用户恐怕要多付出6000倍的价格。要终结行将失效的摩尔定律，量子计算机的产业化之路还有很长要走。

50年前，英特尔创始人之一戈登・摩尔在美国微电子杂志发表文章时预言，每过一年芯片单位面积上的晶体管数量和性能将会翻倍。

IBM研究中心主管苏普拉蒂克・古哈表示，“可以肯定，摩尔定律会在未来10年内结束。”

与摩尔定律相伴的，还有一条洛克定理。洛克曾为摩尔当过财务顾问。在他看来，为提高半导体芯片晶体管的集成度。半导体工厂的投建费用，要以每四年翻一倍的速度增加。

如今，一条28纳米芯片生产线的投建费用已高达上百亿美元。这使得芯片制造成为国际化产业，因为已没有公司能一家独立承担起从设备研发到芯片制造的费用，甚至因人才、产业链等限制，一个地区都难以做到通吃。

人们当然愿意看到传统计算机之外的新兴计算机产业发展。但量子计算机目前的成就，只能说是迈出了一小步。