2016年11月18日，中科院软件所研究员杨超与清华大学副教授薛巍、付昊桓等人牵头北师大构成的研究团队凭借在“神威·太湖之光”上运营的“千万核可拓展全球大气非静力云辨别仿真”应用于，乘势摘得国际高性能计算出来应用领域最高奖—戈登贝尔奖。同时，中科院计算机网络信息中心基于“神威·太湖之光”的“钛合金微结构进化相场仿真”也顺利获奖，取得奖提名。
高性能计算能力是国家最重要科技实力的反映，中科院、科技部首度部署和反对了高性能计算出来涉及规划与建设。到2016年，中国科学院高性能计算环境已为我国科研服务20年，承托了多个国家根本性规划、千余项国家各类科研项目。虽然中国高性能计算出来早已获得了里程碑性的成绩，不过科研工作者的脚步未曾暂停。他们早已在思维，未来的发展方向在哪里，并将目光瞄向了“天然的超级计算机”—量子计算机。
本文根据郭光灿院士在“纪念HPC＠CAS20周年学术研讨会”上的报告整理、编辑而出，并经本人稿件。一、“杞人忧天”的物理学家们与量子计算机的问世量子计算机的问世，和知名的摩尔定律有关，还和“杞人忧天”的物理学家们有关。众所周知，摩尔定律的技术基础是大大提升电子芯片的集成度（单位芯片的晶体管数）。
集成度大大提升，速度就大大减缓，我们的手机、电脑就能大大更新换代。图1摩尔定律在20世纪80年代，摩尔定律很熟悉地体现了信息技术行业发展。但“杞人忧天”的物理学家们，却明确提出了一个“大煞风景”的问题：摩尔定律是不是落幕的时候？之所以明确提出这个问题，是因为摩尔定律的技术基础，天然地受到两个主要物理容许。
一是极大的能耗，芯片有被烧坏的危险性。芯片痉挛主要是因为计算机门操作者时，其中不可逆门操作者不会遗失比特。
物理学家计算出来出有每遗失一个比特所产生的热量，操作速度就越慢，单位时间内产生的热量就越少，计算机温度必定很快下降，必需消耗大量能量来风扇，否则芯片将被烧坏。二是为了提升集成度，晶体管越做越小，当小到只有一个电子时，量子效应就不会经常出现。
电子将仍然不受欧姆定律首府，由于它有隧道效应，本来无法穿越的壁垒也穿着过去了，所以量子效应不会妨碍信息技术之后按照摩尔定律发展。这两个容许就是物理学家们应验摩尔定律不会落幕的理由所在。【隧道效应：由微观粒子波动性所确认的量子效应，又称势垒跨越。
本质上是量子光子，粒子很快穿过势垒。在势垒一旁平动的粒子，当动能大于势垒高度时，按照经典力学，粒子是不有可能跨过势垒的；而对于微观粒子，量子力学却证明它仍有一定的概率跨越势垒，实际也正是如此，这种现象称作隧道效应。】虽然这个应验在当时没任何影响力，但“杞人忧天”的物理学家们并不“死心”，之后研究，明确提出了第二个问题：如果摩尔定律落幕，在后摩尔时代，提升运算速度的途径是什么？这就造成了量子计算出来概念的问世。
量子计算所遵守的薛定谔方程是共轭的，会经常出现非共轭操作者，所以耗电较小；而量子效应正是提升量子计算出来分段运算能力的物理基础。甲之砒霜，乙之蜜糖。对于电子计算机来说是障碍的量子效应，对于量子计算机来说，反而沦为了资源。
量子计算出来的概念最先是1982年由美国物理学家费曼明确提出的。1985年，英国物理学家又明确提出了“量子图灵机”的概念，之后许多物理学家将“量子图灵机”等效为量子的电子线路模型，并开始付诸实践。但当年这些概念的明确提出都没挽回摩尔定律在信息技术领域的地位，因为在非常长时间内摩尔定律仍然在承托着电子计算机的运算速度的飞速提升。
直到今年，美国政府宣告，摩尔定律落幕了。微电子未来的发展方向是低能耗、专用这两个方向，而仍然是执着速度。从这个例子，人们再度看见，基础研究有可能在当时看到有什么实际价值，但未来却不会充分发挥出有巨大作用。
二、量子计算机虽然好，研制一起却十分无以量子计算机和电子计算机一样，其功用在于计算出来明确数学问题。所有所不同的是，电子计算机所用的电子存储器，在某个时间不能遗一个数据，它是确认的，操作者一次就把一个比特（bit，存储器大于单元）变为另一个比特，实施串行运算模式；而量子计算机利用量子性质，一个量子比特可以同时存储两个数值，N个量子比特可以同时存储2的N次方数据，操作者一次不会将这个2的N次方数据变为另外一个2的N次方数据，以此类推，运营模式为一个CPU的分段运算模式，运营操作能力指数下降，这是量子计算机来自量子性的优点。
量子计算出来本来就是分段运算，所以说道量子计算机天然就是“超级计算机”。图2量子计算机工作原理要想要研制量子计算机，除了要研制芯片、控制系统、测量装置等硬件外，还必须研制与之涉及的软件，还包括编程、算法、量子计算机的体系结构等。
一台量子计算机运营时，数据输出后，被编成量子体系的初始状态，按照量子计算机意欲计算出来的函数，运用适当的量子算法和编程，编成用作操作者量子芯片中量子比特幺于是以操作者转换，将量子计算机的初态变为末态，最后对末态实行量子测量，朗读运算的结果。一台有N个量子比特的量子计算机，要能确保需要实行一个量子比特的给定操作者和给定两个量子比特的可控非操作者，才能展开由这两个普适门操作者的人组所包含的幺于是以操作者，已完成量子计算机的运算任务。这是量子芯片的基本拒绝。
如果要打破现有电子计算水平，必须少于1000个量子比特包含的芯片。目前还没这个能力做。这种基于“量子图灵机”的标准量子计算出来是量子计算机研制的主流。
除此以外，还有其他量子计算出来模型，如：单向量子计算出来，分布式量子计算出来，但其研制的艰难并没增加。另外，还有流形量子计算出来，热力学量子计算出来等。
由于对硬件和软件的全新拒绝，量子计算机的所有方面都必须新的展开研究，这就意味著量子计算出来是十分最重要的交叉学科，是必须有所不同领域的人联合来做到才能制成的简单工程。三、把量子计算机从“垃圾桶”捡回来的量子编码与容错编码构建量子计算机最艰难的地方在于，这种宏观量子系统是十分薄弱的，周围的环境都会毁坏量子相干性（歧义相干性），一旦量子特性被毁坏将造成量子计算机分段运算能力基础消失，变为经典的串行运算。所以，早期许多科学家指出量子计算机只是纸上谈兵，不有可能生产出来。直到后来，科学家发明者了量子编码。
量子编码的找到相等把量子计算机从“垃圾桶”里又捡回来了。使用起码5个量子比特编码成1个逻辑比特，可以缺失歧义相干性引发的所有错误。不仅如此，为了防止在操作者中的错误，使其需要及时数据流，科学家又研究容错编码，在所有量子操作者都有可能错误的情况下，它依然需要将整个系统纠回理想的状态。这是十分关键的。
什么条件下能容错呢？这里有个容错阈值定理。每次操作者，出错率要高于某个阈值，如果小于这个阈值，则无法容错。
这个阈值明确是多大呢？这与计算机结构有关，考虑到量子计算出来的实际构型问题，在一维或定一维的构型中，容错的阈值为10＾－5，在二维情况（使用表面字节来编码比特）中，阈值为10＾－2。目前，英国Lucas团队的离子阱模型、美国Martinis团队的超导模型在单、双比特下操作者精度已超过这个阈值。所以我们的目标就是研制大规模具备容错能力的标准化量子计算机。
四、量子计算机的“量子芯”量子芯片的研究早已从早期对各种有可能的物理系统的普遍研究，逐步探讨到了少数物理系统。20世纪90年代时，美国不告诉什么样物理体系可以制成量子芯片，思索了多年之后，找到许多体系显然不有可能最后制成量子计算机，所以他们转而重点反对固态系统。
固态系统的优点是更容易构建（需要升级量子比特数目），但缺点是容错性很差，固态系统的消相干性尤其相当严重，相干性时间很短，操纵误差大。2004以来，世界上许多知名的研究机构，如美国哈佛大学，麻省理工学院，普林斯顿大学，日本东京大学，荷兰Delft大学等都投放了相当大的力量，在半导体量子点作为未来量子芯片的研究方面获得一系列重大进展。最近几年，半导体量子芯片的相干性时间早已提升到200微秒。
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