量子计算机的未来

Evelyn Zhang

量子计算机变得越来越真实和“接地气”。回顾2019年，谷歌、亚马逊、微软、Rigetti Computing和IBM等巨头都在这一领域取得了重要进展。

谷歌宣布“量子霸权”（quantum supremacy）成为这一领域最热门的一大“重磅事件”。2019年10月23日，谷歌在科学杂志《自然》（Nature）杂志上发表的一篇新文章中正式宣布，它已经取得了量子霸权。这意味着研究的全部细节是公开的，更广泛的科学界可以对其全面审查。同时，它给了漫漫探索中的人们一针“强心剂”——证明利用量子力学规则，确实能够解决当前经典计算机无法处理的复杂难题。

谷歌表示其54量子位的Sycamore处理器能够在200秒内完成计算，而世界上最强大的超级计算机需要1万年的时间才能完成。谷歌还表示，它计划通过在2020年将其量子计算机作为云计算服务提供给外部用户，这无疑是在叫板IBM。

但随后，“被打败”的IBM表示，在一个经典系统上完成同样的任务只需2.5天，而不是谷歌所说的1万年。IBM表示，在估计其传统超级计算机执行计算所需的时间时，谷歌“未能充分考虑足够的磁盘存储空间”。

Forrester分析师布莱恩·霍普金斯（Brian Hopkins）表示：“我们将周期放得很长。我们将有很多黑暗的时代，在很长一段时间内什么都不会发生。”“有一天，新事物将真正改变世界。”

量子计算仍然是一个高度实验性的领域，受限于超小型计算机的困难物理特性，也受限于将机器冷却到绝对零度，以防止外界干扰计算的难度。但是，如果工程师和科学家能够继续这一进展，量子计算机将有助于解决在当今经典计算机上实际上不可能解决的计算问题。

传统计算机机制涵盖了从智能手表到超级计算机的所有内容，通常将数据存储为代表1或0。量子计算机则使用一种称为qubit的不同方法，通过一个称为叠加的概念存储两者的组合。另一个因素是纠缠，它可以连接两个分开的量子比特状态。

这就可以链接多个量子位的状态，从而使量子计算机可以一次探索许多可能的解决方案。每增加一个新的量子位，量子计算机就可以探索两倍数量的可能解决方案，而传统计算机则无法实现成倍的增长。

但是，量子计算机是挑剔的。很难使量子位保持足够长的时间来得出有用的结果。与量子位通信的行为会干扰它们。工程师希望加入纠错技术，以便量子计算机可以解决更广泛的问题。

很多人是量子计算的怀疑论者。甚至对此技术的某些支持者都承认，我们距离高性能量子计算机还非常遥远。但是，量子计算已经是一门真正的生意。三星、戴姆勒、本田、摩根大通和巴克莱都是量子计算的客户。华为、阿里巴巴、百度、英国电信等全球高科技公司，都为量子计算机研发投入了大量研究力量。

据咨询公司德勤（Deloitte）的预测，到2020年，量子计算机上的支出将达到数亿美元，到2030年代将达到数百亿美元。中国、欧洲、美国和日本已将数十亿美元投入到投资计划中。福特和微软表示，适用于传统计算机的量子计算机的流量仿真技术已经显示出实用性。

全球知名创投研究机构CBinsights 2019年发布的《20家布局量子计算的科技巨头》（20 Corporations Working On Quantum Computing）报告中，还盘点了世界上投资研发量子计算技术的20家科技公司，以及其研发目标。

量子计算机将扮演什么角色？

目前，量子计算机主要用于研究。但是，具有主流结果的应用程序可能会问世。量子计算机的强大功能，有望通过提供对分子物理学的见解来创建新材料、新药物等等。量子计算机还可以通过处理大量可能采取措施的情况下的数字来帮助进一步优化金融投资、交付路线和航班。

它们也将用于破解当今的加密密钥機制。适用于量子计算未来的新密码学已经在逐渐建立和成形。

另一个有希望的应用是AI，虽然这上面要花的时间比较多，可能得等上好几年才会有更值得一提的案例出现。

“最终，我们将能够彻底改造机器学习。” Forrester分析师布莱恩·霍普金斯（Brian Hopkins）称。但是，到2019年为止，量子计算将需要多年的稳定工作。“变革性的收益是真实的和巨大的，但与现实相比，它们仍然具有更多的科幻和理论意义。”

◎ 来源|前瞻网（有删减）