在过去的一百年里，人类在文明上取得了两个伟大的突破，一个是计算机的发明，另一个是量子力学的发现。两者都促进了人类世界的跨越式进步。大约二三十年前，这两个伟大的思想发展了量子信息科学。其中，量子计算机的概念提供了突破当前经典计算机物理局限性的可能性，也成为科学工程中前所未有的挑战。

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摩尔定律的结束也是开始

计算机是现代人类文明的象征，现代社会对计算资源的需求是无穷无尽的。历史告诉我们，计算能力的提高使社会运行更有效率，并导致更意想不到的应用，使我们的生活丰富多彩。

目前，我们普遍使用的计算机工作原理是基于经典力学框架设计的，即1是1，0是0；山是山，水是水。在过去的几十年里，经典计算机芯片越来越好，计算能力不断提高的主要原因是优秀的工程师可以缩小芯片中的元件。这样，不仅增加了可以放置在单位大小内的元件，而且减少了电流信号从一个元件到另一个元件的距离，可以加速逻辑操作，减少能耗，杀死许多鸟。这个套路成就了著名的摩尔定律，描述了工业生产的芯片密度在过去几十年左右Sanken代理事实上，每18个月翻一番。

然而，当摩尔定律提出时，它也表明了它失败的日子——因为物理元素不能无限缩小。众所周知，所有的物质都是由原子组成的。在原子尺度上，粒子的行为是按照量子力学规律运行的，而不是经典力学，甚至如何定义1和0也成为一个大问题。

然而，摩尔定律的失败并不意味着人类不断追求更强计算能力的道路就结束了。借用丘吉尔的名言：现在不是结束，甚至不是结束的开始。但也许，现在是开始的结束。摩尔定律引导人类达到经典世界和量子世界的边界。跨越过去后，量子计算将开辟一个新的世界。

量子力学让我们意识到，在现实世界中，有许多物理规律违背了直觉，颠覆了我们对整个世界的认知。在量子世界中，许多经典物理学中不存在的物理状态变得可能。例如，粒子的状态可以同时代表1和0；山不是山，水不是水。量子计算的核心思想是以量子力学为框架，开发更强大的量子计算机，让我们重新理解计算的意义；看山只是山，看水只是水。

第二次量子革命

凭借量子力学的框架，人类对各种物质的特性有了更深入的了解，产生了许多先进的技术发明。例如，激光是通过认识光的量子特性开发出来的；芯片是通过认识电子的量子特性开发出来的；核磁共振成像技术是通过认识磁铁的量子特性开发出来的。这些通过研究物质量子特性引起的技术进步可以归类为第一次量子革命。

随着技术的进步，我们对各种微观系统的控制能力大大提高；我们不仅可以控制原子的行为，还可以测量单个电子产生的电流。这些尖端技术允许我们反复验证量子力学的基本特性，促进第二次量子革命。

第二次量子革命的特点是需要从量子力学的本质中发展新技术。例如，量子计算机是通过量子叠加原理开发的；量子精密测量技术是通过量子纠缠开发的；量子加密系统是通过量子不可克隆原理开发的，等等。我们期待着第二次量子革命给人类社会带来各种科技突破。

量子计算的潜力

量子计算机与经典计算机最大的区别在于，存储和传输数据的基本单元比特被量子比特所取代。在这里，我们使用量子叠加原理：一个量子比特可以同时0和1两个逻辑状态的线性叠加；两个量子比特可以同时处于00、01、10和114个逻辑状态；多个量子比特可以实现指数增长。量子算法的核心是如何利用这些量子叠加态来加速问题的解决。

其中，最著名的量子算法是Shor1994年发布的大量分解量子算法直接威胁到经典计算机网络所依赖的加密系统。虽然我们还没有开发出通用量子计算机，但是Shor算法的出现引起了许多网络安全专家的关注。如果一些机构或个人在50年后开发量子计算机，我们今天通过互联网等公共领域发送的所有加密信息一旦被拦截和存储，将逐一被破解。因此，量子计算机的概念促使网络安全专家开发新的加密方法来对抗量子攻击。

近年来，量子计算研究取得了许多重大突破，促进了量子计算复杂性的发展。同时，量子算法的经验也对经典算法产生了影响。目前，许多新的经典算法都受到了量子算法研究的启发，反映了量子算法研究的总体价值。

对于未来，研究人员普遍认为量子计算机可以在量子化学模拟和人工智能领域取得巨大成就。像过去的许多伟大发明一样，一旦量子计算机成功开发，我们今天将找到更多意想不到的应用程序。

量子计算机多路线之争

事实上，量子不是像电子中子那样的基本粒子，量子比特也不是一种稀缺的物质。量子力学中的量子是在微观世界中描述的，物理系统的能量不是连续的事实，这种不连续性被中文翻译成量子。因此，原则上，任何量子系统中的两个能级都可以用作量子比特，只要有实验控制和读取。

目前，相对成熟的系统包括：超导量子器件、量子点、囚禁离子、金刚石色心、核磁共振系统和线性光学系统。不同物理系统的量子比具有不同的特性。过去，量子计算机的硬件研发是按照不同的路线同时进行的。物理系统中开发的技术也可以显示在不同的系统中。未来量子硬件的发展也可能是混合不同量子系统，取长补短，提高整体效率，代表着人类科技进步的重大挑战。

量子霸权时代

量子计算机应该是一台强大的计算机。然而，理论上我们无法证明量子计算机能够快速解决经典计算机无法有效解决的问题。比如说，Shor虽然量子算法的计算复杂性低于任何已知的经典算法，但我们并没有排除等效甚至更快的经典算法的存在。一旦找到这样的经典算法，Shor量子算法的影响将大大降低。

另一方面，在各国政府和企业的大力推动下，在过去的几年里，量子比特的数量在实验室中不断增加，质量也在提高。对于量子计算的科研人员来说，是惊喜和喜悦。我们需要考虑的不是教科书中的理想量子计算机，而是准量子计算机；这些基于量子力学原理的复杂计算机，虽然逻辑操作不符合一般量子计算的标准，但其行为几乎不能被经典计算机有效模拟。在量子计算领域，一般称为量子霸权。

在这个量子霸权时代，为了促进量子计算机的发展，我们有许多紧迫的任务，包括量子操作系统、量子算法、量子软件和一套复杂的系统工程。

HiQ量子云服务平台

实事求是地说，与当代计算机相比，各研究机构的量子设备和量子模拟机的计算能力仍有很大差距。纵观世界各地的研究机构和商业公司，在物理层面制造量子计算机的主要策略是逐步增加量子比特位数。

量子软件和算法研究是量子计算硬件系统成熟之前的必由之路。华为已经在量子计算模拟器HiQ云服务平台取得阶段性成果。HiQ云服务平台已在2018年华为全联系会议上发布，包括量子计算模拟器和基于模拟器开发的量子编程框架，基于华为云强大的计算基础设施，采用分布式架构、算法优化创新，克服内存容量和网络带宽延迟的挑战，提供全振幅模拟和单振幅模拟云服务。HiQ可模拟全振幅42量子比特以上，单振幅81量子比特(逻辑深度40层)以上，低深电路单振幅169量子比特(20层)。这是目前行业领先的量子电路模拟云服务，首次集成纠错量子电路模拟，可实现数万量级量子比特的纠错电路模拟，性能是同类模拟器的5-15倍。

华为还首次展示了与开源兼容的量子编程框架ProjectQ同时，量子算法的并行计算性能计算性能，增加了两个图形用户界面量子电路布置GUI（Graphical User Interface）和混合编排BlockUI（Block User Interface），使经典量子混合编程更加简单直观。

华为量子计算愿景

多年前，量子计算被称为具有颠覆可能性的未来计算技术之一。如果指数级别加速，经典计算机需要数万年的计算任务，量子计算机可以在几分钟甚至瞬间完成。虽然量子计算在硬件、软件、算法、系统等方面存在技术挑战，但它是一个复杂的系统工程；然而，从近年来量子计算领域的快速发展趋势来看，预计将在人工智能、药物开发、量子化学、新材料设计、复杂优化调度等方面带来新的革命。

在继续关注量子计算机硬件最新进展的同时，华为也投入研发力量参与一些探索性研究，以促进量子计算机尽快出现。

量子计算是一种革命性的计算技术，不同于经典计算。它时，量子算法是云计算未来的核心技术之一AI算法带来新的视角，可以激发更好的经典AI算法，加速计算速度。HiQ云服务平台的推出标志着量子计算研究和创新的关键一步。未来，华为将继续在量子计算领域进行深入的研究和技术投资。量子计算模拟器坚持开放、合作、共赢的理念HiQ云服务平台已向公众开放，提供云服务，与大多数开发人员、研究人员和大学师生合作创新，促进学术突破，尽快实现量子计算技术的产业化。