“洞察力必須先于應用。”——馬克斯·普朗克，量子物理學之父

量子計算的前景十分廣闊，它有助于更快地開發(fā)藥物，為金融領域建立更好的投資組合，并開啟密碼學的新時代。但這是否意味著量子計算將成為統(tǒng)一標準，而傳統(tǒng)計算將被淘汰？

答案是否定的。傳統(tǒng)計算機具有量子計算機難以企及的獨特特質(zhì)，例如，存儲數(shù)據(jù)的能力是傳統(tǒng)計算機所獨有的，因為量子計算機的內(nèi)存最多只能持續(xù)幾百微秒。

此外，量子計算機需要保持在接近絕對零度的溫度，也就是零下270攝氏度（零下450華氏度）。普通用戶家中沒有這么強大的制冷功能，所以，量子計算機不太可能成為大多數(shù)家庭或企業(yè)的固定設備。

毫無疑問，量子計算將在未來十年內(nèi)改變許多行業(yè)，那么問題來了：哪些場景更適合量子計算機，哪些更適合傳統(tǒng)計算機？

量子計算機不會取代傳統(tǒng)計算機

量子計算20世紀80年代初就存在了，但直到2019年，谷歌才首次證明了量子計算機的優(yōu)勢，即量子計算機比傳統(tǒng)計算機快得多。40年過去了，目前全世界的量子設備加起來不超過40個。麥肯錫的報告顯示，到2030年，量子機器可能還不會超過5000臺。

量子計算與傳統(tǒng)計算有著本質(zhì)上的不同，它需要時間來開發(fā)、部署。

量子計算機無法像傳統(tǒng)計算機那樣給出直接的答案。傳統(tǒng)計算非常簡單：用戶提供輸入，算法對其進行處理，最后得到一個輸出。而量子計算采用一系列不同的輸入，然后返回一系列的可能性，用戶得到的不是一個直接的答案，是對不同答案可能性的估計。

在處理有許多不同輸入變量和復雜算法的問題時，傳統(tǒng)計算機通常會花費很長時間，而量子計算機可以縮小可能的輸入變量和問題解決方案的范圍，然后用這個范圍在傳統(tǒng)計算機上測試，最后得到答案。

因此，在未來幾十年中，傳統(tǒng)計算機仍將發(fā)揮作用。

量子計算技術的局限性

經(jīng)過四十年的研究，量子技術仍處于起步階段，目前仍然存在一些相當棘手的問題。

量子計算機上的信息被存儲在量子位（qubit）中，傳統(tǒng)計算機使用0和1，量子計算機也是使用0跟1，但與之不同的是，其可以存儲和調(diào)用任何0與1的疊加態(tài)。因此，量子計算機可以獲得更高的信息密度，并以高于傳統(tǒng)計算機指數(shù)級的速度處理非常復雜的操作，同時消耗更少的能量。

隨之而來的問題是，要構建具有許多量子位的量子計算機是非常困難的，我國擁有的76個光子的量子計算機“九章”是當前全球最快的量子計算機。該量子計算系統(tǒng)處理高斯玻色取樣的速度地比2019年谷歌發(fā)布的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快100億倍。

另外，較大的量子機器往往具有較低的連通性，量子位之間不能很好地相互通信，這種連接性的缺乏會降低系統(tǒng)的整體計算能力。

最后，量子機器很容易出錯。這些計算錯誤是量子系統(tǒng)固有的，本身無法避免。這就是為什么要投入大量的資本和人力到量子錯誤檢測中，以開發(fā)出能夠自查錯誤并加以糾正的機器。盡管目前這一領域已經(jīng)取得了巨大的進步，但是量子誤差不可能完全消失，即使使用高度精確的量子計算機，仍然有必要用傳統(tǒng)計算機驗證最終結果。

布局量子未來

量子計算市場預計將從2019年的5.071億美元增長到2030年的649.8億美元，在預測期間（2020-2030年）以56.0%的復合年增長率增長。根據(jù) CIR的估計，到2027年，量子計算的收入將達到80億美元。

如今，各國以及一些科技巨頭正致力于量子計算，在研發(fā)上投入了大量資金，開展跨行業(yè)的各種項目。

國家

我國一直處于量子計算的最前沿，2016年就發(fā)射了第一顆量子衛(wèi)星。2020年12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”，這一突破使我國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

美國、德國、俄羅斯、印度和歐盟也加大了對量子計算的投入。特朗普根據(jù)2018年底簽署成為法律的《國家量子倡議法案》，于2019年成立了國家量子計劃咨詢委員會，該法案授權在未來5年斥資12億美元用于量子科學。

印度政府在其2020年預算中宣布了一項國家量子技術與應用國家計劃，其五年期間的總預算支出為800億印度盧比（約11.2億美元），而歐洲有一項10億歐元的計劃，為未來十年的整個量子價值鏈提供資金。

公司

• 加拿大量子計算公司D-Wave于2011年5月11日正式發(fā)布了全球第一款商用型量子計算機“D-Wave One”，2019年2月，D-Wave宣布了其下一代量子計算平臺的預覽，整合了硬件、軟件和工具，以加速和簡化量子計算應用程序的交付。
• IBM一直是量子計算領域的先驅(qū)之一，在2019年1月，IBM推出了IBM Q System One，這是世界上第一個專為科學和商業(yè)用途設計的集成式通用近似量子計算系統(tǒng)。2020年9月，IBM在紐約開設了量子計算中心，將其量子計算系統(tǒng)擴展到商業(yè)和研究活動。IBM最近還投資了劍橋量子計算公司，后者是2018年首批加入IBM Q網(wǎng)絡的初創(chuàng)公司之一。
• 2019年10月，谷歌宣布實現(xiàn)了“量子霸權”，其量子計算機在3分20秒內(nèi)解決了當時世界上最強大的超級計算機“Summit”需要1萬年才能計算出來的問題?！傲孔影詸唷币辉~由John Preskill于2012年提出，它的英文名是“quantum supremacy”，意為“優(yōu)越性”。
• 亞馬遜于2019年末推出了Amazon Braket服務，旨在讓其用戶獲得有關量子位和量子電路的實際操作經(jīng)驗。它允許在模擬環(huán)境中構建和測試電路，然后在實際的量子計算機上運行它們。
• 英特爾也于2019年推出了首款同類產(chǎn)品的低溫控制芯片，代號為“Horse Ridge”，它將加速全棧量子計算系統(tǒng)的開發(fā)。
• 華為早在2012年就開始研究量子計算機，2018年量子計算模擬器HiQ云服務平臺問世，平臺包括HiQ量子計算模擬器與基于模擬器開發(fā)的HiQ量子編程框架兩個部分，可模擬全振幅42量子比特以上。
• 2020年9月，百度研究院量子計算研究所所長發(fā)布了百度量子平臺，展示了百度用量脈+量槳+量易伏賦能新基建、追逐“人人皆可量子”的愿景。百度量子平臺提供了連接頂層解決方案和底層硬件基礎所需的大量軟件工具以及接口。
• 同年12月，阿里巴巴發(fā)布阿里云量子開發(fā)平臺，開源自研量子計算模擬器“太章2.0”及一系列量子應用案例。這將有力地支持從業(yè)人員設計量子硬件，測試量子算法，并探索其在材料、分子發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化問題和機器學習等領域內(nèi)的應用。
• 此外，微軟、騰訊、諾基亞、惠普、AT&T、SK Telecom等公司也都在研究和致力于量子計算的應用。

雖然量子計算尚未成為主流，也不會主宰世界，但是通過與傳統(tǒng)計算機的全面協(xié)作，它將在未來十年或二十年內(nèi)產(chǎn)生重大影響。
責編AJX