量子计算机有多种类型，本文侧重于定义通用量子计算机意味着什么，而不是专用量子计算设备。尽管所有实用量子计算机确实都是通用量子计算机，但并不是所有通用量子计算机都是实用量子计算机。
什么是通用量子计算机？
开门见山，细节如下：
- 通用量子计算机是一种适用于最广泛应用领域并为最通用的量子算法编程的量子计算设备。
- 这与专用量子计算机或专用量子计算设备形成对比，后者适用于更有限的应用范围，支持任意量子算法的能力也更有限。
- 通用门量子计算机是通用量子计算机的代名词。
与固定功能量子计算机相比，量子计算机具有足够的能力，可以有效地应用于广泛的实际问题，而固定功能量子计算机仅适用于狭窄的问题。可能只是大规模量子计算机的同义词。它可能是也可能不是一个真正的通用量子计算机，能够计算经典计算机可以计算的任何东西，但它确实需要应用于相当广泛的问题，即使它不能复制经典计算机的所有功能。它还需要足够多的量子位，相当长的相干性，以及一定程度的量子纠错。即便如此，仍然可能有一些应用程序可以在经典计算机上执行，但仍然无法在任何现有的通用量子计算机上执行，例如那些处理大量半结构化数据或运行复杂软件系统的应用程序。
量子计算机类型
实际上有两种截然不同的量子计算机类别：
- 通用量子计算机。可以应用于许多不同类型的应用程序。从技术上将，可以称为通用的基于门的通用量子计算机。
- 专用量子计算设备。仅适用于满足设备标准的相对狭窄的应用程序。有些人可能也会把它称为专用量子计算机，尽管它缺乏通用性。也可称为单功能量子计算设备或单功能量子计算机。
通用量子计算机
通用量子计算机是最通用的。它们是最灵活的。通常也是最有用的。
通用量子计算机在技术上也可以更具体地描述为通用通用门基量子计算机。额外的形容词阐明了与专用量子计算设备的区别。
通用通用门型量子计算机
强调一下，通用通用门量子计算机是一个技术上的专用术语，它区别于通用量子计算机和专用量子计算设备(或专用量子计算机)。
通用量子计算机供应商
通用量子计算机的一些供应商包括：
- IBM
- Rigetti Computing
- IonQ
- Honeywell
- Intel
这并不是一个详尽的清单，只是举了一些例子来帮助大家了解这个领域。
专用量子计算设备
目前存在的一些不同类型的专用量子计算设备（或专用量子计算机）：
- 量子退火。专注于量子退火(QA)。特性是优化问题的一个特殊领域。不是用于非优化应用的通用量子计算机。D-Wave系统就是最好的例子。
- 绝热量子计算机。量子退火器的推广。同样，这不是通用的。
- 玻色子采样装置。量子计算的另一种特殊形式——专用量子计算机或专用量子计算设备。也称为高斯玻色子采样(GBS)。
- 光子量子计算。有时只是玻色子采样装置的同义词。要判断它是否具有作为通用量子计算机的潜力，还是仅限于诸如玻色子采样设备之类的特殊用途，还为时尚早。
- 中性原子量子比特。QuEra、Cold Quanta (Quantinuum)、Atom Computing、Pasqal。也许，从理论上讲，它们最终可以像捕获离子量子比特一样用于真正的通用量子计算，但目前它们倾向于更多地用于模拟处理模式或更多地用作软件可配置的物理实验，而不是真正的通用计算。
- 物理模拟器。专门设计用于解决特定物理问题的专用量子计算设备。不是通用量子计算机。它们是否应该被称为量子计算机值得商榷，但它们是专门的量子计算设备。
- 软件可配置的物理实验。与面向任务的物理模拟器相比，这些物理实验是可编程的或至少在某种程度上是可配置的，但只是在改变物理实验方面，并不打算像门那样提供通用的量子计算能力基于超导 transmon 量子位或俘获离子量子位。当前的中性原子量子计算机通常以所谓的模拟处理模式运行，实际上是软件可配置的物理实验。
专用量子计算机还是专用量子计算设备？
是否将专用量子计算设备称为专用量子计算机是一个有趣的语义挑战和争论。目前还没有明确的答案。
有些人更喜欢后者，甚至简单地将它们称为量子计算机，尽管它们缺乏通用用途。
我会默认将它们统称为专用量子计算设备，但如果人们将它们称为专用量子计算机，我不会强烈反对。如果人们简单地称它们为量子计算机，我会反对。
通用与专用量子计算机
只强调一点，当有人，尤其是媒体，甚至是技术媒体，使用量子计算机这个术语时，并不能立即告诉你他们是在谈论通用量子计算机还是专用量子计算设备（或专用量子计算机），如前几节所述。
不要被特殊用途的量子计算设备所迷惑，这些设备的承诺远远超出了它们的实际能力
专用量子计算设备确实可以提供惊人的功能，但只适用于相对狭窄的功能领域。如果您的特定应用程序问题不能很容易地映射到这个狭窄的领域，那么您就不走运了。一般来说，你最好使用通用量子计算机。
问题是我们在量子计算机的发展和演进中仍处于早期阶段，因此即使是通用量子计算机也无法解决许多应用问题。
模拟计算机有什么问题？
模拟计算机本身并没有什么问题，但是……这取决于很多因素。
模拟计算机的存在时间与经典数字计算机一样长。在某些情况下，它们工作得很好。在其他情况下，甚至一般情况下，情况并非如此。
许多或大部分专用量子计算设备实际上是模拟计算机，或以模拟处理模式运行，如上一节所述：
- 量子退火炉
- 绝热量子计算机
- 玻色子采样装置
- 光子量子计算
- 中性原子量子比特
- 物理模拟器
- 软件可配置的物理实验
模拟计算机的优点：
- 它们可以快速提供有用的答案，有时甚至比传统数字计算机还要快。
- 当只需要一个大概的答案时，它们可能正是所需要的。
- 它们可以相对简单。
- 它们可以相对便宜。
- 即使更通用的计算机尚不可行，它们也是可行的。
缺点：
- 他们只提供近似解。
- 它们在输入数据、中间结果和最终结果方面都缺乏精确度。
- 对于输入数据、中间结果和最终结果，它们都缺乏非常小和非常大的量级。幅度范围有限。
- 它们远非理想。
- 他们缺乏普遍性。
- 他们往往专注于小众问题或只提供小众解决方案。
- 它们可能非常复杂。
- 如果您的问题与它们的功能不是非常匹配，它们可能很难使用。
- 它们可能非常昂贵。
- 在通用计算机可以的许多情况下，他们可能无法提供解决方案。
最关键的缺点：
- 只有近似解。
- 缺乏精细的精度。
- 缺乏广泛的幅度。幅度范围有限。
- 缺乏普遍性。针对专业问题。
简而言之，可以肯定的是，模拟计算机或模拟处理模式在某些有限的情况下可能很棒，但通用计算机可以适用于更广泛的应用程序。
能够执行量子计算预期的全部应用程序
与只能执行有限范围应用程序的专用量子计算设备不同，通用量子计算机能够执行量子计算所承诺的全部应用程序。
尽管这可能需要注意不一定支持某些应用程序，这些应用程序可能需要比设备支持更多的量子位、更高的量子位保真度、更大的量子位连接性或更大的最大电路尺寸。
量子计算机作为协处理器而不是全功能计算机
我们通常将量子计算机称为功能齐全的计算机系统，但它远未达到这一点。即使是最简单的经典计算机也可以执行许多功能，即使是最好的量子计算机也无法实现。但是，如果你愿意的话，量子计算机或量子处理器的全部意义在于它只执行经典计算机可以做的一小部分，但它在这部分执行得非常好，甚至比最好的经典计算机还要好得多。
典型量子应用程序的大部分功能都在经典处理器上执行，只有一小部分功能被卸载到量子处理器上。
量子处理器充当辅助处理器。
这类似于可以将图形函数卸载到图形处理单元( GPU )的方式。
术语协处理器是辅助处理器的代名词。
因此，大部分量子应用程序由作为主处理器的经典计算机处理，一小部分功能作为协处理器卸载到量子处理器（量子计算机）。
简而言之，我们通常所说的量子计算机或量子处理器或量子处理单元或QPU，实际上是辅助处理器或协处理器。
量子计算机不能完全取代经典计算机
量子计算机听起来似乎具有完全取代经典计算机的巨大潜力，但事实并非如此。尽管量子计算机可以比经典计算机更好地完成某些任务，但仍有许多经典计算机可以完成而量子计算机根本无法完成的任务。
最终量子计算机将与经典计算机合并成为通用量子计算机，但那是遥远的未来，至少不会很快成为现实。
通用量子计算机是一个模棱两可的术语
说量子计算机是通用的是模棱两可的。有两种不同的含义：
- 通用门组。该机器能够对量子信息进行所有可能的功能操作。暗示一般用途，与特殊用途相反。这适合大多数当前的量子计算机。它现在是一个标准功能。一个预期的功能。
- 通用量子计算机。将量子计算和经典计算合并为一个集成机器的提议。不是两台独立的机器接口，而是完全集成到一台机器中，经典和量子数据共存。
仍然不是通用的量子计算机
通用量子计算机是将量子计算和经典计算合并为一台集成机器的提议。不是两台独立的机器接口，而是完全集成到一台机器中，经典和量子数据共存。
这是超越通用量子计算机的巨大飞跃，它仍然只是一个协处理器，没有通用图灵机的所有高级功能，例如丰富的数据类型、控制结构（循环、条件、嵌套函数调用和进程和进程间通信）、数据结构、文件系统、数据库、网络服务等。
量子计算的实际应用还没有近在眼前
尽管今天确实存在量子计算机，但它们尚未准备好进行生产部署以解决生产规模的实际实际应用。他们不太可能在接下来的一年、两年或三年内出现。
当然，可能会有一些更小的利基市场，它们实际上可以被有效地使用，但那些将是例外而不是规则。
四到七年是一个更好的选择，即使那样也只能获得适度的收益。
真正的随机数的生成是一个例外，量子计算机在今天实际上在商业上是可行的，尽管从技术上讲，仅仅使用量子效应生成随机数并不需要成熟的量子计算机。
实用的量子计算机将准备好进行生产部署，以解决生产规模的实际实际应用
只是为了澄清术语——我们今天确实有量子计算机，但它们还没有达到实用量子计算机的状态，因为它们还没有准备好进行生产部署，以解决生产规模的实际实际应用。
我们不太可能在未来几年内看到实用的量子计算机。
所有实用的量子计算机都是通用量子计算机
根据定义，所有实用的量子计算机都是通用量子计算机。
并非所有的通用量子计算机都是实用的量子计算机
虽然根据定义，所有实用量子计算机都是通用量子计算机，但由于容量不足，并非所有通用量子计算机都是实用量子计算机。
如果满足以下任一条件，则通用量子计算机可能不是实用的量子计算机：
- 它的量子位太少。不足以解决生产规模的实际现实问题。
- 它的量子比特保真度太低。同上。
- 它的量子位连通性太有限。同上。
- 对于它的量子位来说，它的相位粒度和概率幅度太有限了。同上。
- 它的相干时间太有限。同上。
- 它无法支持相当大的量子算法。同上。
NISQ 设备可以是通用量子计算机
从技术上讲，NISQ 设备确实可以是通用量子计算机，因为通用并不严格意味着它是实用的量子计算机。
最终目标是实用的量子计算，但通用量子计算机只是实现目标的一部分。
但通用量子计算机的真正未来是后 NISQ 量子计算
真正的目标不是简单的通用量子计算，而是实用的量子计算，这通常意味着或需要超越 NISQ 设备的限制，包括量子比特保真度、量子比特连通性、量子比特相位和概率幅度的粒度以及最大电路尺寸。
后 NISQ 量子计算应满足实用量子计算的要求。这是通用量子计算，尤其是通用量子计算蓬勃发展的环境。
24 到 40 量子位算法作为实用量子计算的起点
目前，很少有专注于现实世界实际应用的量子算法使用超过 16 个量子比特。事实上，我什至没有看到 24 个量子比特有任何用处。奇怪的计算机科学实验除外。
使用 24 到 40 个量子位的量子算法可能是实用量子计算的低端和起点。
尽管我们目前可以使用 24 到 40 个量子比特来模拟量子算法，但我们仍然没有看到该范围内的任何量子算法。
在我们开始看到该范围内的量子算法之前，可能需要思维方式发生重大变化。
使用 48 到 80 个量子比特的量子算法可能会实现更实际的量子应用，但不幸的是我们无法完全模拟它们，这使得它们的开发、调试和测试更具挑战性。
在我们开始看到该范围内的量子算法之前，可能还需要思维方式的又一次重大改变。
而使用 80 到 100 量子比特，或 100 到 120 量子比特，或 120 到 160 量子比特，甚至 160 到 250 量子比特的量子算法都远远超出了我们可以推测的范围，更不用说在未来几年内实际支持了。
使用少于 24 个量子比特的量子算法根本不代表实际的量子计算
虽然可以相信使用 24 到 40 个量子位的量子算法可以代表实际的量子计算，至少作为一个低端起点，但相信使用少于 24 个量子位的量子算法可以解决实际的实际问题是不可信的。单词问题并获得显着的量子优势并提供显着的商业价值。
一些量子比特容量不太可能代表实际的量子计算：
- 5 个量子比特。
- 8 个量子比特或 7 个量子比特。
- 10 个量子比特或 9 个量子比特。
- 12 个量子比特或者 11 或 13 个量子比特。
- 16 个量子比特或 15 或 17 个量子比特。
- 20 个量子比特或 21 个量子比特。
- 22 个量子比特或 23 个量子比特。
可能有一些利基应用程序可以实现某种量子优势并使用少于 24 个量子位提供某种商业价值，但它们将是非常罕见的例外，而不是常态。
参考链接：https://jackkrupansky.medium.com/what-is-a-general-purpose-quantum-computer-9da348c89e71
