中美的量子计算突破，到底在搞些啥？现在还是“量子采样器”，量子比特的error rate最关键，目前还太高
量子很不好理解，但很神秘有趣，不少人就算不懂也愿意来吐槽凑趣。我以前是不懂的，但是努力学习之后明白了不少。最近不少人吹美国量子计算有突破，需要解释下，其实还差得远。
量子信息产业，分三块。量子精密测量，这是产业化做得最好的，是真的可以测出一些工业界有用的微观信息；还有军迷都搞不懂的量子雷达，据说能让隐形飞机彻底没意义。合肥几家企业都在搞，如国盾量子，主业是量子保密通信“京沪干线”这些，但也有量子精密测量产品了。国仪量子就全力做量子精密测量，如顺磁共振谱仪、电子显微镜，2023年营收就4亿了。
如果说量子保密通信、量子精密测量是产业化了，那量子计算就真没有。也有产业化卖“量子计算机”的，但其实是给科研机构提供实验性量子计算服务，不是工业用途。
量子计算的科研进展，倒是人们关注量子的焦点。如最近美国谷歌出了“可验证”的“量子回声”成果，能在不同量子计算机上复现，比传统算法快13000倍。而中国祖冲之一号二号三号、九章一号二号三号的成果都公布了，两个系列的四号也有消息透露。
祖冲之系列，量子比特数从一号的62个，发展到三号的105个，四号据说要200个，这是和美国类似的超导路线。还有光子路线的九章系列，一号是76个光子，三号255个光子了，四代据说要400光子。谷歌2019年的悬铃木是54比特，Willow是105比特。总之量子比特数、光量子数，在不断增加。
中美的这些量子计算机的大成果，全都在干一类事：量子采样。已经干了六七年了，在采样任务上，相对传统计算机的“量子优势”已经到10的15-25次方级别了，意思就是传统计算机要跑天文数字的时间才能有结果。说实在的，开始是突破，后面就觉得不太满意。
这些量子采样任务主要有两种，随机电路采样（RCS）、高斯波色采样（GBS），加些变种。这些任务有个特点，传统算法对采样的概率结果，不可能快速计算，要天文数字的年头才能有结果；而量子计算机可以快速跑多次，把概率结果测算出来。其本质是搞“量子体系行为预测”，当然就有“量子优势”了。个人觉得叫“经典劣势”为好，经典计算机做不好。
而经典计算机能做的事，量子计算机几乎全部做不好。如加法，量子计算机加100以上的数就满头冒汗。所以，“量子劣势”远比“量子优势”要多得多。
真正有意义的量子优势，量子计算理论分析已经说是可能的，如一直说的大质数因式分解、破解比特币加密算法等等。这些可不是预测量子体系的行为，而是很常见的经典困难问题，定义清楚谁都能听懂。
现在量子计算的机展，还处于很初级的阶段。在几乎所有“量子劣势”的问题上，不是劣势的问题，而是几乎没有靠谱结果！加减乘除这些，它不是劣势，而是无法得到“精确结果”。只在很少问题上有精确结果，如真用量子比特实现加法过程的，最大的和数是8；如果是量子实验模拟加法，最大和是2047，还是“254次重复测量后取最高频结果”，并不是一次精确加法成功的。
因此，可以理解为，量子计算做“量子体系行为”的概率统计，有几个任务搞得不错，经典计算机不行，没有快速算法。但是在需要精确性的量子比特最基础任务上，进展不大。
可以说，我们正处于“量子采样器”的时代，还没有进入“量子计算机”时代。新闻里将前者说成后者，是可以理解的宣传手法，要正确看待。
为什么“量子计算机”很难？因为量子芯片不行。记住一个关键问题：量子芯片的error rate，错误率太高。
经典芯片的物理门级error rate 有多低？每100万亿–1000 万亿次开关动作才可能出现一次硬失效！这才是芯片与计算“靠谱”的物理基础。
那量子芯片error rate到什么级别了？谷歌Willow的比特门error rate约为千分之0.8，这就是最高水平，比经典门电路差1000亿-10000亿倍。量子芯片里的门数量不会少，每个门还会跑多次，很快就会发现体系失去精确性了。就用一些麻烦透顶的“纠错”、“容错”算法去搞，还有统计性结果纠错，几千个量子比特根本不够用，上百万个才有理论意义。
所以，个人认为，最关键进展，就是量子比特的error rate。其它进展，很难有实际的量子计算工业用途。当然对量子体系不断深入了解，科研意义是很大的，不应过于功利。看到吹嘘美国量子计算进展的，得心里有数，看error rate就知道是啥级别的。
