芬兰研究机构 VTT 上个月宣布，他们已将一台小型量子计算机连接到欧洲最强大的经典超级计算机。具体细节如下：VTT 的量子计算机是一台名为 HELMI 的 5 量子比特机器，而 LUMI 是一个泛欧超级计算机，在 Top500 榜单上排名第三。两者都位于芬兰。结合 HELMI 和 LUMI 的最佳功能提供混合服务，使研究人员能够更好地利用量子计算机独特的计算特性——至关重要的是，能够了解如何利用它们来解决未来的问题。
理论上，量子计算机可以比传统计算机快得多地执行某些操作并完成不同的任务，但它们距离充分发挥潜力还有很长的路要走。虽然传统计算机使用二元比特（可以是零或一）来执行所有计算，但量子计算机使用量子比特，它可以是零、一，或者同时是零和一。这听起来很难理解，但当你考虑到量子比特可以纠缠、旋转以及以其他量子方式进行操纵以携带额外信息时，情况会变得更加复杂。所有这些都说明，量子计算机不仅仅是比普通计算机多了一个数字可以玩：它们提供了一种全新的工作方式，具有自身的优势和劣势。
优点方面，量子计算机应该能够让目前一些非常困难的计算任务，通常涉及求解线性代数问题，变得容易得多。
一个很大的例子是因式分解，其中计算机必须将一个极长的数字分解成两个相乘等于该数字的数字。（例如，21 的因数是 3 和 7。）对于传统计算机来说，这是一个极其耗费资源的任务，这就是为什么它是当今广泛使用的几乎所有加密算法的核心。我们所有的密码、银行交易和重要的公司机密都受到保护，因为目前的计算机在分解大数字方面很糟糕。然而，理论上，量子计算机在分解大数字方面要好得多，而且足够强大的量子计算机可以破解保护数字生活的加密层。这就是为什么美国政府一直在努力开发抗量子密码算法。
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对于这些机器可以解决的新问题而言，破解加密只是冰山一角。量子计算机在建模自然界的复杂现象、检测信用卡欺诈以及发现新材料方面也显示出潜力。根据 VTT 的说法，它们可以用于预测短期事件，例如天气或交易模式。
缺点方面，量子计算机难以使用，需要非常受控的环境才能运行，并且必须处理“退相干”或失去其量子状态，这会导致奇怪的结果。它们也很稀有、昂贵，并且对于大多数任务来说，效率远低于传统计算机。
尽管如此，正如 VTT 所做的那样，通过将量子计算机与传统计算机相结合，可以抵消其中许多问题。研究人员可以创建一个混合算法，由传统超级计算机 LUMI 处理其最擅长的部分，并将任何可能受益于量子计算的任务交给 HELMI。然后，LUMI 可以整合 HELMI 的量子计算结果，执行任何必要的附加计算，甚至将更多计算发送给 HELMI，并将完整的结果返回给研究人员。
芬兰现在是世界上少数几个拥有量子计算机和超级计算机的国家之一，而 LUMI 是最强大的具备量子能力的超级计算机。虽然量子计算机在广泛商业化方面仍有差距，但这类集成研究项目可能会加速进展。VTT 目前正在开发一台 20 量子比特的量子计算机，并计划在 2024 年进行 50 量子比特的升级。
