量子計算會給我們帶來什么

謝慈銘

歷史似乎正在重演。幾年前，當人工智能（AI）剛開始進入我們的日常商業(yè)對話時，人們對它能為企業(yè)實現(xiàn)什么，以及不能實現(xiàn)什么有很多困惑。

說到量子計算，我們正處于一個類似的時間點。人們對其潛力的興趣正在迅速升溫，但就像處于類似發(fā)展階段的人工智能一樣，量子技術(shù)似乎籠罩在神秘的面紗中。雖然關(guān)于量子技術(shù)的公開信息浩如煙海，但對于那些想要大致了解量子計算以及量子計算在不久的將來對其業(yè)務可能會有什么影響的人來說，簡短的入門介紹不失為有用的參考。

量子計算和經(jīng)典計算

限于篇幅，本文不能詳細解釋量子計算，但可以通過類比來說明。想象我們要通過一個二維的迷宮。一臺普通的計算機必須運行一條又一條的路徑，直至找到出口。比方說，一共有256條可能的路徑，計算機將不得不依次嘗試每條路徑。相比之下，量子計算機可以同時運行所有路徑。關(guān)鍵是，量子計算不僅處理信息的速度以指數(shù)級增長，而且還可以同時處理更大范圍的變量。

這就是該技術(shù)的標志性量子特性發(fā)揮作用的地方。經(jīng)典計算機使用比特（bit），即二進制數(shù)字，l或0。然而，量子計算使用的是量子比特（qubit），可以是1或0，也可以是同時包含1和0的“量子疊加”。這對于量子計算機處理復雜計算的速度而言是革命性的發(fā)展。

然而，在目前的發(fā)展階段，量子計算機的硬件非?！按嗳酢?，只能在特定的條件下才能正常工作。量子計算機要達到商業(yè)規(guī)模還需要數(shù)年的時間。至少在可預見的未來，新的量子計算設(shè)備將與傳統(tǒng)機器建立的管路系統(tǒng)協(xié)同工作。不久的將來，人們可能會混合采用量子計算和經(jīng)典計算，而不是只選擇其中之一。

量子計算對企業(yè)的影響

預計在不久的將來，量子計算將在三個重要領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。

加密 網(wǎng)絡(luò)安全可能是量子計算帶來的潛在顛覆性影響中被討論最多的一個。原因是：量子計算處理數(shù)學問題的方式使其有可能破解我們今天所依賴的各種形式的加密技術(shù)，這一點早在1994年就被科學家證明。盡管量子機器還沒有破解當今的加密技術(shù)，但隨著越來越強大的量子計算機的上線，這種威脅正變得越來越真實和迫切。鑒于網(wǎng)絡(luò)安全對企業(yè)的重要性，這可能會產(chǎn)生重大影響。

模擬 對于制藥公司而言，藥物開發(fā)是一個漫長、復雜、成本高昂的過程，而且往往是偶然和運氣的結(jié)果。而有了量子計算加持的化學工程模擬，能讓科學家更好地了解分子結(jié)構(gòu)和特性，從而更容易選擇和合成正確的藥物分子。事實上，模擬也使他們能夠在不需要實際合成的情況下做到這一點。這可以降低研發(fā)成本，縮短藥物開發(fā)的時間。

優(yōu)化 量子計算可以考慮一個問題所有可能的解決方案，這使它尤為擅長解決優(yōu)化方面的問題，如收入最大化或成本最小化——特別是當有很多限制條件和變量時?？梢詮膬?yōu)化中受益的領(lǐng)域有很多，比如供應鏈管理、交通管理、電路設(shè)計、包裹運送、火車調(diào)度和投資組合。

我們的現(xiàn)狀

根據(jù)最近的一項調(diào)查，有48%的英國大型公司的技術(shù)負責人認為，到2025年，量子計算將在他們的行業(yè)發(fā)揮重要的商業(yè)作用（《2022年安永量子準備度調(diào)查》）。事實上，他們中的許多人認為有必要在未來兩年內(nèi)確定相應證據(jù)和戰(zhàn)略，因為他們明確預期未來三到五年，量子計算將給他們的業(yè)務帶來巨大改變。

然而，這種想法可能過于樂觀。正如人工智能的發(fā)展歷程所揭示的那樣，很少有公司會急于采用新技術(shù)，無論它可能帶來多大好處——因為在公司運營中完全采用新技術(shù)通常會帶來重大挑戰(zhàn)，比如技術(shù)問題、信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施問題，乃至一些更普遍的障礙，比如預算限制、技術(shù)失敗的風險。歸根結(jié)底，實用主義往往會壓倒一時的熱情。

對社會的影響

盡管距離量子計算大規(guī)模應用可能還有多年的時間，但是我們需要開始考慮其潛在的社會影響。

將量子計算用于優(yōu)化道路交通、旅行路線選擇和供應鏈運作等復雜問題，可以大幅降低碳排放。它在模擬方面的作用也會縮短藥物開發(fā)的時間，這也許可以幫助我們在未來應對一些大流行病，或克服抗生素耐藥性的問題。

將量子計算用于制藥，通過識別新的化合物和模擬藥物在人體內(nèi)復雜的相互作用和過程，我們有更大的機會找到治療新舊疾病的方法。通過在模擬中運用量子計算，我們可能會開發(fā)出更有效的生產(chǎn)氮肥的工藝，而這些肥料的碳足跡占到一條面包碳足跡的40%之多；或者找到更便宜、更清潔的鋰離子電池替代品，目前我們小到移動電話、大到電動汽車都還在使用鋰離子電池提供動力。

我們還只是處于量子計算的初級階段。距離能夠低成本、高效益地大規(guī)模運行的硬件面世仍然相當遙遠。但是，量子計算的力量不在于設(shè)備，而在于它能做什么。企業(yè)領(lǐng)袖應該立刻開始熟悉量子計算的相關(guān)能力，以免錯過技術(shù)前沿可能涌現(xiàn)的機會。

不可思議的量子技術(shù)給我們所有人帶來了創(chuàng)造更美好世界的豐富機遇。單憑這一點，就值得我們投入時間，密切關(guān)注它的發(fā)展及其應用。