量子計(jì)算可能是標(biāo)志著科技界最大的變革之一，其利用量子力學(xué)機(jī)制來(lái)加速計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度。研究人員希望最終能利用它破解網(wǎng)絡(luò)加密或建立全新的分子模型。
通用的量子計(jì)算機(jī)還需要數(shù)年時(shí)間才能完成，但是第一個(gè)基本的系統(tǒng)將數(shù)以十計(jì)的量子比特（或量子位元qubits）連接在一起，供研究人員和開(kāi)發(fā)人員使用。除了在“經(jīng)典”計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的量子模擬，這給了軟件開(kāi)發(fā)人員第一次使用這項(xiàng)技術(shù)的機(jī)會(huì)。
微軟和谷歌也準(zhǔn)備在量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展上宣布突破。盡管這項(xiàng)技術(shù)預(yù)計(jì)要花上幾十年才能完全成熟，但量子計(jì)算的第一個(gè)好處已經(jīng)開(kāi)始慢慢顯現(xiàn)。
John Sarrao是美國(guó)洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室（the Los Alamos National Laboratory）理論、模擬和計(jì)算的副主任，也是致力于研究如何投資這項(xiàng)技術(shù)的科學(xué)家之一。該組織以其在核武器方面的工作而聞名，其從國(guó)家安全的角度對(duì)量子計(jì)算進(jìn)行了長(zhǎng)期的觀(guān)察。然而，根據(jù)Sarrao先生的說(shuō)法，量子計(jì)算在短期內(nèi)也會(huì)有收益。
洛斯阿拉莫斯是第一個(gè)商用量子計(jì)算機(jī)的最早客戶(hù)之一，該商用量子計(jì)算機(jī)由DWave Systems制造。這家加拿大公司使用一種被稱(chēng)為量子退火（quantum annealing）的技術(shù)，這種方法最適合處理復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題。Sarrao先生說(shuō)這個(gè)量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)被應(yīng)用于處理現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題，比如分析材料的電子結(jié)構(gòu)。一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以完成這樣的任務(wù)，但是人們期望有一天，當(dāng)這個(gè)行業(yè)達(dá)到所謂的“量子疊加（quantum superiority）”時(shí)，量子計(jì)算機(jī)將能夠更快地完成這項(xiàng)工作。
“我們基本上是在進(jìn)行勞動(dòng)力投資，”他在談到DWave時(shí)說(shuō)。洛斯阿拉莫斯已經(jīng)向其任何想要嘗試這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)者開(kāi)放了這個(gè)系統(tǒng)。讓開(kāi)發(fā)人員自由學(xué)習(xí)新的編程技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生獲益。Sarrao先生說(shuō)：“我們最好的DWave用戶(hù)也是那些深入?yún)⑴c大規(guī)模經(jīng)典模擬的人?！彼f(shuō)，他們對(duì)量子編程的新技術(shù)“絕對(duì)興奮”，并一直在使用他們?cè)趯?shí)驗(yàn)工作中獲得的常規(guī)工作思路。
獲益之一：改進(jìn)經(jīng)典計(jì)算
這是投資量子計(jì)算的最直接獲益之一：它有助于塑造開(kāi)發(fā)者的想法，改進(jìn)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的編程方式，為最終遷移到全量子計(jì)算機(jī)奠定基礎(chǔ)。
微軟量子編程主管Krysta Svore稱(chēng)這些為“量子激發(fā)（quantum-inspired）”算法。她說(shuō)：“我們學(xué)習(xí)了所有這些新技術(shù)，我們可以在經(jīng)典計(jì)算中使用它們?！?/p>
“這些方案現(xiàn)在就可以加速解決你的問(wèn)題?！逼渲幸粋€(gè)例子是微軟開(kāi)發(fā)了一種算法來(lái)訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)應(yīng)用更適合于量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)（比如大規(guī)模并行處理），Svore女士和同事減少了訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間，并提高了其性能的質(zhì)量。
獲益之二：混合算法（Hybrid algorithms）
另一個(gè)近期優(yōu)勢(shì)在于混合算法，它同時(shí)使用量子和經(jīng)典計(jì)算資源。像這樣的算法將充分利用經(jīng)典計(jì)算機(jī)處理大部分的工作，在必要的時(shí)候?qū)⒉糠钟?jì)算交給量子硬件。
美國(guó)量子計(jì)算初創(chuàng)公司Rigetti Computing去年底發(fā)表了一份據(jù)稱(chēng)是迄今為止設(shè)計(jì)的最復(fù)雜的混合量子算法結(jié)果。該軟件被用于非監(jiān)督學(xué)習(xí)，這是一種機(jī)器學(xué)習(xí)，它涉及到識(shí)別數(shù)據(jù)中的模式，而不需要通常與機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)聯(lián)的訓(xùn)練。
Rigetti公司的首席運(yùn)營(yíng)官M(fèi)adhav Thattai說(shuō)：“這種混合算法將會(huì)帶來(lái)量子優(yōu)勢(shì)（quantum advantage）的第一個(gè)例子”，這是一個(gè)量子計(jì)算機(jī)帶來(lái)真正商業(yè)利益的時(shí)刻，而這是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
以上的想法可能有助于引出量子時(shí)代的益處。然而，企業(yè)當(dāng)下投資這項(xiàng)技術(shù)是為了在量子計(jì)算機(jī)全面到來(lái)時(shí)確保其領(lǐng)先地位。
洛斯阿拉莫斯的Sarrao先生說(shuō)，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，依賴(lài)于兩件事：硬件進(jìn)步會(huì)帶來(lái)更好的量子位質(zhì)量，而更優(yōu)的軟件則需要更少的量子位來(lái)解決復(fù)雜的問(wèn)題。
今天的量子比特，或者說(shuō)量子位，只能在幾毫秒內(nèi)維持一個(gè)量子態(tài)，在外界干擾導(dǎo)致它們“退化（decohere）”后，其所處理的信息就丟失了。如果沒(méi)有更強(qiáng)大的量子位，僅僅糾正量子系統(tǒng)中的錯(cuò)誤就會(huì)消耗掉大部分系統(tǒng)的資源。
Sarrao先生說(shuō)：“一方面，我們看到了更好的算法效率的融合，另一方面是更好的量子位?！彼a(bǔ)充說(shuō)，這種融合將會(huì)有多快仍然無(wú)法預(yù)測(cè)。
回顧歷史：量子夢(mèng)正接近現(xiàn)實(shí)
1982年，物理學(xué)家Richard Feynman提出了量子計(jì)算的概念。
1994年，數(shù)學(xué)家Peter Shor展示了如何利用量子計(jì)算機(jī)破解加密技術(shù)。
2011年，加拿大DWave公司推出了第一款商用量子計(jì)算機(jī)，盡管它能解決的問(wèn)題是有限的，而且量子效應(yīng)的程度也受到了質(zhì)疑。
2016年5月，IBM允許用戶(hù)試用其第一個(gè)量子計(jì)算機(jī)，一個(gè)5量子位（5-qubit）系統(tǒng)。
2017年4月，谷歌公布其“量子霸主”計(jì)劃，計(jì)劃在年底前實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的超越。
2017年11月，IBM宣布成為第一家研制出50量子位（50-qubit）處理器的公司。