為什么說量子計(jì)算不是偽命題
任何一種技術(shù)在拿出真刀真槍的成效之前，都免不了被質(zhì)疑和否定的階段，量子計(jì)算也不例外，如果說有人對量子技術(shù)未來的應(yīng)用前景抱有觀望態(tài)度尚可理解，然而對于一些輕易判定量子是世紀(jì)大忽悠的言論，恕筆者不敢茍同。
首先，量子計(jì)算它有明確的、強(qiáng)烈的“需求側(cè)”支撐。
量子計(jì)算機(jī)作為量子技術(shù)的一大應(yīng)用領(lǐng)地，為什么說它不是忽悠呢?
在量子計(jì)算之前的系列文章中，筆者已經(jīng)多次安利未來量子計(jì)算爆發(fā)時(shí)給科技圈帶來的爆炸式增長紅利，最直接的受益者包括但不限于：
計(jì)算性能
受制于摩爾定律漸至天花板，由芯片集成度所帶動(dòng)的計(jì)算性能的革新已然走到一個(gè)瓶頸，而量子計(jì)算以其顛覆性的全新存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)制(量子比特)，無論是在存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度還是性能拓展方面，都將掀起新一輪的“計(jì)算革命”，讓傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)直面量子計(jì)算機(jī)，有望上演新舊交替戰(zhàn)。
關(guān)于量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的對比，MIT 機(jī)械工程教授 Seth Lloyd 有過一個(gè)直觀的描述：一臺(tái) 300Q 的量子計(jì)算機(jī)就足以運(yùn)算自宇宙大爆炸以來歷史上所有的數(shù)據(jù)信息。IBM認(rèn)知計(jì)算系統(tǒng) Watson 的 CTO 也曾表示，量子計(jì)算和人工智能的協(xié)同合作是一件非常自然的事情。如果人工智能想要超越并提升人類的認(rèn)知水平，運(yùn)算必須要更快，探測更敏捷，耗能更低。量子計(jì)算機(jī)極有可能幫助我們實(shí)現(xiàn)所有的目標(biāo)。
量子計(jì)算是真正的異構(gòu)計(jì)算，在未來，若能實(shí)現(xiàn)計(jì)算性能的突飛猛進(jìn)，那么物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代所產(chǎn)生的海量大數(shù)據(jù)也找到了分析處理的好去處。近些年，人工智能領(lǐng)域不斷推陳出新，刷新著黑科技的上限，然而在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面，仍存在著令科學(xué)家們頭疼的難題。而量子計(jì)算的入局，為大量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行可行性分析，這將為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)開源新的思路，并進(jìn)一步拓寬人工智能所輻射的“轄區(qū)”。
生物化學(xué)制藥
現(xiàn)階段的藥物試驗(yàn)主要依賴以經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行不斷試錯(cuò)，從大量數(shù)據(jù)和微觀分子結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度來提升藥物性能，然后進(jìn)行以上試錯(cuò)、復(fù)盤的循環(huán)過程。未來，在量子計(jì)算的助力下，將有望以更快的速度、更廣的可能性范圍進(jìn)行試錯(cuò)和復(fù)盤，從大數(shù)據(jù)的質(zhì)與量、微觀分子結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面精準(zhǔn)改進(jìn)傳統(tǒng)的藥物研究模式。
這三個(gè)方面只是量子計(jì)算技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的冰山一角，然而已足以顯示出革命性的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力的和強(qiáng)大的市場潛力。既然需求側(cè)對量子計(jì)算描繪的這張“大餅”盼望如此殷切，那量子計(jì)算技術(shù)本身也是打鐵還需自身硬，近些年發(fā)展速度也相當(dāng)亮眼。
各路玩家奇招頻出，一時(shí)間該領(lǐng)域可謂百花齊放百家爭鳴，繼 IBM 的離子阱方案和谷歌的量子+人工智能路線之后，微軟提出粒子+拓?fù)淞孔佑?jì)算路線、英特爾提出硅材料理論路線 ，巨頭們紛紛擲重金扎入量子計(jì)算的激烈競爭中。
谷歌、IBM：截然不同技術(shù)進(jìn)化路線，或殊途同歸
正如所有前沿技術(shù)每一個(gè)細(xì)微的技術(shù)進(jìn)步都極其“舉步維艱”，最近量子計(jì)算在谷歌、IBM 兩大巨頭的“冠亞軍爭奪賽”中取得的模式上的突破也同樣令人興奮。
上個(gè)月，當(dāng) IBM 對外宣布將推出全球首個(gè)通用的量子計(jì)算平臺(tái)時(shí)，沒見過世面的筆者著實(shí)被 IBM 的大手筆的開源戰(zhàn)略思路驚艷到，在《科普丨噱頭還是實(shí)戰(zhàn)?一文看懂 IBM Q 首個(gè)通用量子計(jì)算平臺(tái)》一文中也回顧了 IBM 自2014年宣布耗資30億美元研發(fā)下一代量子芯片至今的主要成就和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折。
這里不再細(xì)述，總結(jié)一句就是，為了逐漸逼近“50量子位”的量子霸權(quán)時(shí)代野望，IBM 將推出業(yè)界第一個(gè)商用化通用量子計(jì)算系統(tǒng) IBM Q，共享其相應(yīng)的量子計(jì)算 API，借助開發(fā)者的力量共同構(gòu)建量子計(jì)算生態(tài)圈。
此外，IBM 更加注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，在量子計(jì)算技術(shù)推進(jìn)的同時(shí)也考慮到技術(shù)面世后的落地場景。
如果說 IBM 所宣布的首個(gè)通用平臺(tái)尚未推出，還未讓科技圈感到直觀的震驚，那么近日谷歌宣布，計(jì)劃于年底前利用自家量子芯片打造出擁有49個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)，這簡直是筑起了一條通往“量子霸權(quán)”時(shí)代的鵲橋。因?yàn)椋?9個(gè)量子比特所代表的“量子霸權(quán)”，是指“量子計(jì)算機(jī)在一些領(lǐng)域有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所不具有的能力”，比如在化學(xué)和材料學(xué)里模擬分子結(jié)構(gòu)，還有處理密碼學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)的一些問題。
若計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，這將是世界上第一臺(tái)超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)，而谷歌的“量子霸權(quán)”時(shí)代業(yè)終將成真。對于“量子霸權(quán)”臨界點(diǎn)的追求，IBM 也曾有過期待，它的描述是：IBM 計(jì)劃打造超過50量子位的量子計(jì)算機(jī)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)將會(huì)被變成垃圾!然而現(xiàn)在，谷歌卻直截了當(dāng)?shù)母嬖V你，年底，就年底!
谷歌的夢想要如何實(shí)現(xiàn)?最基本的，還要依靠其極微超導(dǎo)電路的方案。超導(dǎo)是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的五大技術(shù)流派之一：
它確實(shí)有許多吸引人的優(yōu)點(diǎn)
：
1. 電流回路可以被肉眼觀察到。
2. 使用簡單的微波儀器就能控制，不需要對操作要求苛刻的激光。
3. 使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片制造技術(shù)就能生產(chǎn)。
4. 運(yùn)轉(zhuǎn)速度非?？?。
超導(dǎo)技術(shù)有一個(gè)致命缺陷
但是，：環(huán)境噪音。即使是控制設(shè)備的噪音，也能在遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足一微秒的瞬間擾亂量子疊加。如今工程技術(shù)的優(yōu)化，已使電路的穩(wěn)定性提高了近百萬倍，所以量子疊加狀態(tài)可以維持?jǐn)?shù)十微秒，但這仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如離子。
因此，即便谷歌在 D-Wave 及眾多高校的加持下，目前公布的成果仍然只有一臺(tái)9個(gè)量子位的計(jì)算機(jī)。此外，超過30位的量子比特，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)就難以模擬了。而此次放話出來要推出49位的量子計(jì)算機(jī)，不難想象，在穩(wěn)定量子態(tài)的制備這個(gè)世界難題上，谷歌面臨的挑戰(zhàn)壓力山大。
雖前途未卜，但不妨聽聽業(yè)內(nèi)大咖對比一下 IBM 和谷歌這兩家截然不同的量子演進(jìn)路線：
中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院副研究員張文卓曾對這兩大巨頭的路線進(jìn)行過這樣的評價(jià)：
“實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的物理方案有很多種，IBM 和谷歌的系統(tǒng)不一樣，使用離子阱方案，無法擴(kuò)展到很大，相比之下谷歌使用的是超導(dǎo)電路方案，原則上可以無限制擴(kuò)展，這樣看來，谷歌投的方案前景更大。”
技術(shù)流派之爭對于技術(shù)本身的革新而言是利大于弊的，因此 IBM 和谷歌采取不同的流派、方法甚至是模式，對于量子計(jì)算的推動(dòng)可能更加多元、有效，而最終的評判標(biāo)準(zhǔn)仍然是更快的技術(shù)布局速度、更先進(jìn)的量子計(jì)算成果，甚至是完善的商業(yè)化生態(tài)構(gòu)建。 從技術(shù)到商用的路仍需要漫長的探索和成型，一如量子技術(shù)不斷試錯(cuò)和演進(jìn)的過程。對此，量子技術(shù)泰斗級人物、日內(nèi)瓦大學(xué)量子科學(xué)家 NicolasGisin 教授也表示了：
“在量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)化進(jìn)程中，最初的采用者將會(huì)受到最大好處。受制于技術(shù)壁壘，后來進(jìn)入的參與者會(huì)難以達(dá)到同樣水平的技術(shù)產(chǎn)品和服務(wù)。”
IBM 和谷歌基于超前的布局和長期的技術(shù)探索，在量子計(jì)算領(lǐng)域站穩(wěn)了冠亞軍的其中一席，而不遠(yuǎn)的未來，也就是年底或幾年內(nèi)，兩大巨頭的量子計(jì)算成果將面臨第一次全世界矚目的正面 PK，誰能問鼎量子之巔，且拭目以待!
數(shù)字化要一盤棋更要各自為戰(zhàn)
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