量子電腦：超越今日所有電腦運算能力的技術即將誕生／解聰文
量子電腦：超越今日所有電腦運算能力的技術即將誕生／解聰文
今年三月，筆者寫了一篇預測各種區塊鏈技術用途發展的文章，而外界對於這篇文章最大的疑慮，在於「那麼強的運算能力要從哪裡來？」；現在，本文就來為這個問題提供一些答案。
2016年10月，其實也就是一個星期之前，澳洲的科學家在穩定的量子運算方面創下了最新記錄；如果您對這方面的技術細節有興趣，可以參閱「Science Alert」網站上的相關文章。
請放心，這裡不會在談太多細節，讓您頭昏腦脹，因為筆者自己也不是專家。 :)
https://tuna.press/?p=760
量子電腦的強大功能
不過，從20年前第一次讀到關於量子物理和相關科學應用的書籍時，我就對這個主題深深著迷。簡單的說，就是一般電腦是以「0」和「1」的變化來表現資訊，而量子電腦則是以「量子位元」（qubit）作為單位；而qubit的狀態除了0和1之外，還有「0與1」（0 AND 1），所以它能進行遠比傳統電腦更大量的運算。[footnote]如果您真的對技術細節感興趣，推薦您閱讀〈Basic concepts in quantum computation〉這篇技術入門文章。[/footnote]
而且，qubits電腦的運算能力，是以等比級數成長的；舉例來說，一部可以處理5個qubit的電腦，就能同時進行25項運算。而現在「5 qubit晶片」已經不只是範例，而是已經存在的東西。其中一套由IBM營運，而且每個人都可以（虛擬）使用。
根據前面提到的文章，澳洲科學家們應該有辦法在12–18個月內造出功能穩定、可以處理多達50 qubit，也就是能同時進行2,500項運算的量子晶片。
此外，Google的D-Wave已經可以處理多達1,000 qubit以上，但目前只有在特殊狀況下、而且同時使用多個較小的晶片時才能作用。
今天的超級電腦
目前全世界最強大的超級電腦，是位於中國廣州的「天河二號」。這部巨大的電腦擁有多達320萬個Intel運算核心（包括32,000個2.2 GHz時脈速度的Intel Xeon E5–2692 12C處理器，以及48,000個Xeon Phi 31S1P處理器）；這部電腦的建造成本高達4億美金。
現在重點來了：剛才提到的量子晶片，目前全世界前三大競爭廠商包括Rigetti、D-Wave（Google）、以及IBM，都可能在明年造出比「天河2號」速度更快的超級電腦。
只要一個量子晶片，運算能力就能輕鬆超過320萬個傳統運算核心。
換言之，只要一個量子晶片，運算能力就能輕鬆超過320萬個傳統運算核心。想想看，這樣一來，或許以後研發人工智慧技術的科學家，就不會在運算能力方面碰到現在的瓶頸了。
各種人工智慧技術的研究，尤其是醫療和大數據相關的部份，都需要非常龐大的運算能量；如果將來市面上有幾千萬、甚至幾億的物聯網產品，它們所產生的數據也需要極大的運算能力來處理。
有了這樣的運算能力，未來將會有許多現在連想都想不到的應用陸續問世。
摩爾定律提早退休
過去，許多人都以為摩爾定律不僅可以適用於2020年代，甚至一路用到2030年代；但因為上個星期發生在澳洲的成就，或許摩爾定律退休的日子會提早。Peter Diamandis甚至認為，發生的時機會大幅提早到2018年。
當然，眼前的這條路不見得會像Diamandis想像的那麼順利，但有件事情是可以確定的：我們正在往大幅提升全球電腦運算能力的方向，重重邁進了一大步。「天河2號」目前的運算能力是大約每秒34 petaflop（一個petaflop等於1015次運算）；目前做得出來的50 qubit量子晶片，運算能力則大約等於1 petaflop。
幾年之內，就會有效能超過現今全球電腦的單一晶片出現。
目前全世界電腦運算能力的總和，大約是2 x 1020 flops，等於5,800部「天河2號」、或是5800組新的量子晶片；而只要每進一步，例如從50 qubit進步到51 qubit，運算能力就有等比級數的增加。
精彩可期
而這只是量子運算的開端而已。量子電腦現在還只在嬰兒時期，而且還得先等冷卻之類的問題解決；但即使如此，我們還是有機會在幾年之內，看到運算能力比2015全世界電腦加起來都強的單一量子晶片問世。對這一點，我們都可以寄予厚望。
不過有一點要話說在先：目前為止，量子電腦還不能視為傳統電腦的替代品；因為短時間之內它還無法普及，所以只能應用在一些特別的用途上。隨著技術的進步，這一點應該會在未來有所改變。
剩下的問題，只是這些會在什麼時候發生。或許如富士通電腦公司和加拿大多倫多大學的研究所顯示的，傳統電腦還有一些發展空間，但我們在未來幾年之中，將有機會見證電腦在運算能力上的飛躍進展。