量子計算機的未來

Evelyn Zhang

量子計算機變得越來越真實和“接地氣”。回顧2019年，谷歌、亞馬遜、微軟、Rigetti Computing和IBM等巨頭都在這一領域取得了重要進展。

谷歌宣布“量子霸權”（quantum supremacy）成為這一領域最熱門的一大“重磅事件”。2019年10月23日，谷歌在科學雜志《自然》（Nature）雜志上發表的一篇新文章中正式宣布，它已經取得了量子霸權。這意味著研究的全部細節是公開的，更廣泛的科學界可以對其全面審查。同時，它給了漫漫探索中的人們一針“強心劑”——證明利用量子力學規則，確實能夠解決當前經典計算機無法處理的復雜難題。

谷歌表示其54量子位的Sycamore處理器能夠在200秒內完成計算，而世界上最強大的超級計算機需要1萬年的時間才能完成。谷歌還表示，它計劃通過在2020年將其量子計算機作為云計算服務提供給外部用戶，這無疑是在叫板IBM。

但隨后，“被打敗”的IBM表示，在一個經典系統上完成同樣的任務只需2.5天，而不是谷歌所說的1萬年。IBM表示，在估計其傳統超級計算機執行計算所需的時間時，谷歌“未能充分考慮足夠的磁盤存儲空間”。

Forrester分析師布萊恩·霍普金斯（Brian Hopkins）表示：“我們將周期放得很長。我們將有很多黑暗的時代，在很長一段時間內什么都不會發生。”“有一天，新事物將真正改變世界。”

量子計算仍然是一個高度實驗性的領域，受限于超小型計算機的困難物理特性，也受限于將機器冷卻到絕對零度，以防止外界干擾計算的難度。但是，如果工程師和科學家能夠繼續這一進展，量子計算機將有助于解決在當今經典計算機上實際上不可能解決的計算問題。

傳統計算機機制涵蓋了從智能手表到超級計算機的所有內容，通常將數據存儲為代表1或0。量子計算機則使用一種稱為qubit的不同方法，通過一個稱為疊加的概念存儲兩者的組合。另一個因素是糾纏，它可以連接兩個分開的量子比特狀態。

這就可以鏈接多個量子位的狀態，從而使量子計算機可以一次探索許多可能的解決方案。每增加一個新的量子位，量子計算機就可以探索兩倍數量的可能解決方案，而傳統計算機則無法實現成倍的增長。

但是，量子計算機是挑剔的。很難使量子位保持足夠長的時間來得出有用的結果。與量子位通信的行為會干擾它們。工程師希望加入糾錯技術，以便量子計算機可以解決更廣泛的問題。

很多人是量子計算的懷疑論者。甚至對此技術的某些支持者都承認，我們距離高性能量子計算機還非常遙遠。但是，量子計算已經是一門真正的生意。三星、戴姆勒、本田、摩根大通和巴克萊都是量子計算的客戶。華為、阿里巴巴、百度、英國電信等全球高科技公司，都為量子計算機研發投入了大量研究力量。

據咨詢公司德勤（Deloitte）的預測，到2020年，量子計算機上的支出將達到數億美元，到2030年代將達到數百億美元。中國、歐洲、美國和日本已將數十億美元投入到投資計劃中。福特和微軟表示，適用于傳統計算機的量子計算機的流量仿真技術已經顯示出實用性。

全球知名創投研究機構CBinsights 2019年發布的《20家布局量子計算的科技巨頭》（20 Corporations Working On Quantum Computing）報告中，還盤點了世界上投資研發量子計算技術的20家科技公司，以及其研發目標。

量子計算機將扮演什么角色？

目前，量子計算機主要用于研究。但是，具有主流結果的應用程序可能會問世。量子計算機的強大功能，有望通過提供對分子物理學的見解來創建新材料、新藥物等等。量子計算機還可以通過處理大量可能采取措施的情況下的數字來幫助進一步優化金融投資、交付路線和航班。

它們也將用于破解當今的加密密鑰機制。適用于量子計算未來的新密碼學已經在逐漸建立和成形。

另一個有希望的應用是AI，雖然這上面要花的時間比較多，可能得等上好幾年才會有更值得一提的案例出現。

“最終，我們將能夠徹底改造機器學習。” Forrester分析師布萊恩·霍普金斯（Brian Hopkins）稱。但是，到2019年為止，量子計算將需要多年的穩定工作。“變革性的收益是真實的和巨大的，但與現實相比，它們仍然具有更多的科幻和理論意義。”

◎ 來源|前瞻網（有刪減）