多年来，超级计算机在推动科学前沿方面发挥了关键作用。今年早些时候，Meta推出了最快的人工智能超级计算机之一——人工智能研究超级集群(RSC)，以构建复杂的人工智能模型，可以从数万亿例中学习;浏览数百种不同的语言;无缝分析文本、图像和视频;构建AR工具等。
然而，人们追求比超级计算机更快的东西的促使了量子计算机的发展。去年，中国科学技术大学（USTC）推出了世界上最快的可编程超导量子计算机；祖冲之2.1比传统计算机快一百万倍。
在去年的 I/O 会议上，谷歌在加利福尼亚州圣巴巴拉市推出了一个量子人工智能园区，其中包括一个量子数据中心、量子硬件研究实验室和量子处理器芯片工厂设施。这家科技巨头计划在十年内建造一台有用的、纠错的量子计算机。
未来的量子计算机将比超级计算机更快、更有效地解决复杂问题。但这是否意味着超级计算机将会过时？让我们来了解一下。
发展
上世纪 60 年代，第一台超级计算机问世。然而，现代超级计算机是在 90 年代后期开发的。1997 年，英特尔开发了第一台 1 teraFLOPS 超级计算机“ASCI red”。如今，位于日本 RIKEN 计算科学中心的 Fugaku 超级计算机的处理能力是世界上第二快的计算机 IBM 的 Summit 的三倍。Fugaku 的最高性能为 442,010 teraFLOP。
量子计算机作为一个概念，最早是在 80 年代由 Richard Feynman 和 Yuri Manin 提出的。1998年，洛斯阿拉莫斯国家实验室的Isaac Chuang、麻省理工学院的Neil Gershenfeld和加州大学的Mark Kubinec建造了第一台量子计算机（2-qubit）。2017 年，IBM 宣布推出世界上第一台商用量子计算机。
“在过去的 10 到 15 年里，量子计算取得了重大进展。世界各地的公司都在投资各种量子技术并制造他们的量子硬件。”
“今天，我们处于 nisq（嘈杂的中等规模量子）时代，致力于 制造100 量子比特的量子系统。它们可能无法提供完美的结果（读取嘈杂和错误），但您仍然可以使用它们。然而，我们距离拥有完全容错的量子计算机的成熟水平还有很长的路要走，”高级数据科学家Srinjoy Ganguly说。
力学
无论是 IBM 的 Sierra 还是 Sunway TaihuLight，我们今天看到的超级计算机的计算I/O比率都很高。与传统计算机相比，超级计算机运行在多个处理器上。神威太湖之光是全球最快的 5台超级计算机之一，拥有约 40,960 个处理模块，每个处理模块有 260 个处理器内核。
传统计算机以二进制方式工作，但量子计算机依赖于一种称为量子比特（电子或光子等亚原子粒子）的信息单元，具有更大的处理能力。量子位只能在受控的量子态下工作——在零下温度或超高真空室中。
量子计算基于两种现象：
叠加是量子比特同时处于不同状态的能力，允许它们同时进行一百万次计算。然而，量子比特对它们的环境很敏感，所以它们不能长时间保持它们的状态。因此，量子计算机不能用于长期存储信息。
爱因斯坦将量子纠缠描述为远距离的怪异动作。这是两个或多个量子系统无论相距多远都纠缠在一起的能力。由于纠缠量子位之间的相关性，测量一个量子位的状态可以提供有关另一个量子位的信息。这一特殊特性加快了量子计算机的处理速度。
效率
超级计算机受一般物理定律的约束。处理器越多，速度就越好。量子计算机比超级计算机效率高得多，因为前者利用量子力学的力量进行计算。2020 年，中国已经开发出一种量子计算机，其计算速度比任何超级计算机都快100万亿倍。
开发和基础设施成本
建造一台超级计算机的成本在 1 亿美元到 3 亿美元之间。例如，中国神威太湖之光的造价约为 2.73 亿美元。此外，每年的维护费用在400万至700万美元之间。
量子计算机非常昂贵。仅硬件部分就将耗资数百亿美元。必须大幅降低每个量子比特的成本才能使量子计算机在商业上可行。目前，单个量子比特的成本约为 10,000 美元。此外，量子位在零下温度或真空环境中以量子态运行，维护成本非常高。
虽然非量子算法可以在量子计算机上运行，但量子算法，例如用于因式分解的 Shor 算法和用于搜索非结构化数据库的 Grover 算法，却不能在超级计算机上运行。
超级计算机的应用
量子计算和超级计算都部署在涉及大型数据库的情况下。让我们看看一些用例:
天气预报：我们在智能设备上收到的天气预报来自一台超级计算机。除了预测你所在城市下雨的可能性，超级计算机还能预测飓风的路径，帮助拯救数千人的生命。
去年，英国气象局与微软签署了一项价值 12 亿英镑的协议，以开发世界上最强大的超级计算机，以帮助做好应对极端天气事件的准备。
科学研究： 超级计算机提供对复杂研究领域的见解。实验室实验既昂贵又耗时。因此，使用超级计算机来模拟这些实验室实验是合乎逻辑的。例如，世界各地利用多台超级计算机来对抗COVID病毒和开发疫苗。
量子计算机的应用
“目前，我们无法对持续时间超过几微秒的量子比特执行操作。正因为如此，量子数据会丢失，使其难以用于人工智能或其他一般任务，”Ganguly说。
研究人员正在研究 QRAM，这是一种可以将量子态存储几个小时的计算单元。量子计算机的应用领域包括:
药物设计与开发：量子计算机用于测试药物组合及其相互作用。传统上，药物是通过试错法开发的，既昂贵又冒险。
计算化学：与超级计算机不同，量子计算机专注于 0 和 1 同时存在，提供强大的机器能力来有效地映射分子。
密码学：量子计算机可以在量子密钥分配的帮助下促进安全通信。然而，也有不利的一面。
最近，美国总统Joe Biden签署了一份协议，要求政府机构在其最重要的系统上实施抗量子密码学。RSA 加密是使用最广泛的加密形式，它基于 2048 位数字。量子计算机可以破解这种加密。到目前为止，我们还没有具有这种能力的量子计算机。
原文链接：https://analyticsindiamag.com/quantum-computers-vs-supercomputers-how-do-they-differ/
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