IBM黑科技：量子计算机真来了，秒超算！也是医学春天！

MedSci小编：医学领域有几项头疼工程：（1）生物信息学分析，没有超级计算机运算，搞不定；（2）大样本临床数据的深度学习，或高维建模，一般计算机会停摆；（3）人体数十亿神经元连接提供的庞大信息；（4）结构生物学，蛋白质结构模拟，以及药物分子设计时的计算机模拟等，也要不少计算机资源哦。

记得2000年时候，全球生物医学领域科学家，都喜欢网格计算（grid compute），就是在你空闲的时候，科学家能利用你的电脑跑数据计算，全球科学家共享。后来服务器运算能力提升了，也就不必依赖了；再后来，超算发展迅速，不少问题都解决了，但是超算毕竟不能进入寻常百姓家，也限制了生物领域的海量计算。

于是大家想象中有DNA计算机和量子计算机的问世，以前都好象是白日梦，如今IBM竟然搞出来这种黑科技了，一下子把竞争对手甩出几条街了。这东西到底是啥，有什么能力，可以看篇后附的论文，不过小编不说假话，看不懂，就等你来研究了。

关键IBM还提供了免费量子计算云服务http://www.research.ibm.com/quantum/，谁来测一下？

好吧，往下看吧。

下面是报道：

如果一个量子计算机能够组建成50个量子比特，当今世界前500名的超级计算机全部加起来，功能都无法胜过它。

IBM公司科学家在《自然通信》杂志上发表两个突破性研究成果，第一次证明了能同时检测并测量两种类型量子错误，同时验证了一种新的正方形量子比特环设计是唯一能在更大维度上被扩展的物理结构。

科学家试图掌控量子计算机所面临的巨大挑战之一，就是控制或者移除量子退相干——由于热、电磁辐射或材料缺陷引起的计算误差。广泛存在于量子机器中的两种类型量子错误——位翻转和相位翻转一定会发生在任何真实量子计算机上。但直到这篇论文发表前，科学界也只有单独解决一种类型量子错误的可能性。但是，解决两种类型的量子错误，恰恰是迈向量子纠错的关键一步，也是建立实用、可靠的大型量子计算机的关键需求。

IBM公司创新的复杂量子比特电路是由4个超导量子比特组成的、大约四分之一英寸的正方形芯片。“在此之前，这一领域的工作使用线性排列，只能看着翻转错误提供出信息不完整状态的量子系统，而这种系统不足以构成实用的计算机。”IBM公司量子计算团队主管杰伊·甘拜塔说，“我们的4比特正方形芯片，能带领我们同时检测两种类型量子错误，并可被扩展到更大的量子系统。”

遇见量子位

今天的计算机都把数据储存在极微型的晶体管当中。每个晶体管可以容纳一个“比特”的信息：1或0。但大约在三十年前，科学家提出了一种机器计算概念，它可以超越二进制系统，可以将数据储存在根据神奇的量子力学原理打造的系统当中。不仅是0或1，一个“比特”信息有可能同时是粒子和波，同时储存——这就是所谓的叠加原理。

同样地，两个比特单位可以同时容纳4个值：00，01，10和11。如果你继续添加量子位，理论上说就可以创建起一个比今天任何计算机都要强大的存在。

“这些事情是你不能用普通逻辑来解释，”前耶鲁大学研究员，如今帮助监督IBM量子计算工作的Jerry Chow表示，“量子计算和量子算法的问题都是：你将要怎么利用它们呢？”

但这样的超级机器还不存在。现在看来，量子位还是不稳定的东西。如果你试图观察量子系统的状态，它们会“散屑（使检波器恢复常态）”，陷入另一种状态，而且不再拥有0和1，而是只有0或1，就像今天的传统计算机。

要建造一个真正的量子计算机，研究人员必须抓住量子位从一个状态散屑进入另一个相对的状态的机会。

稳定：每次测试的结果都相同

这样做的方法有很多，虽然没有真正攻克了这个难题，但部分方法还是很有希望的。2015年4月底，IBM研究人员完成了四量子位原型电路，为推出真正量子计算机奠定基础。该电路采用四个超低温超导设备构建。被称为量子比特。

现在，IBM已经建立起一个将超导电路下放到巨型零度以下大冰箱的量子计算机，并扩展到五量子位。

但是现在，IBM希望加快进度，今早将计算能力推上50甚至100个量子位，因而决定与世界共享这台机器。IBM预计拥有50-100个量子位的中型量子处理器有可能会在10年内浮出水面。即便是只有50个量子位 的量子计算机，也会令当今的TOP 500超级计算机望尘莫及，这彰显出该项技术的巨大潜力。

滑铁卢大学量子计算研究所教授David Cory表示，这种在线的量子计算机——一个量子云服务是前所未有的，建立这样一个服务比你预期的要困难得多。

他补充说，IBM所做的是对的。该服务的界面易于使用，“任何对量子计算机有所了解的学生都知道如何与这个设备交互。”

Cory周末对IBM这个新服务进行了试用，让他吃惊的是：这个系统相当稳定——每一次测试它几乎都得到了相同的结果。这在传统计算机中是个寻常的现象，但在基本都是围绕捕获概率展开的量子计算机世界中，结果的稳定一致就意味着标志性的进步。

IBM公司高级副总裁兼研究部主任Arvind Krishna说：“虽然目前已经对量子计算机的加密系统进行了广泛研究，但我们认为比较有实用价值的是量子系统，它能解决今天不能解决的物理和化学难题，可能在材料科学、药物设计等方面具有不可估量的潜力，能开发出一系列新的应用领域。例如，它能让科学家摆脱昂贵的实验室试验，加快设计出新的材料和药物成分，加速相关药物化合物的创新速度等。”

此外，量子计算机还可以快速处理更大规模的数据库，可以大规模处理多样化、非结构化的数据，这将改变人们进行决策的方式，并有助于研究人员跨行业做出全新研究成果。

原始出处：

Krantz P, Bengtsson A, Simoen M, Gustavsson S, Shumeiko V, Oliver WD, Wilson CM, Delsing P, Bylander J. Single-shot read-out of a superconducting qubit using a Josephson parametric oscillator. Nat Commun. 2016 May 9;7:11417. doi: 10.1038/ncomms11417.