量子计算机到底是个啥?不能完全取代传统计算技术

本文由腾讯数码独家发布

量子计算技术像是神话一样,显得颇为神秘。考虑到与这一技术有关的陈词滥调,这是可以理解的,例如,“量子计算机的运行速度将超过光速”、“量子计算机将取代所有传统计算系统”。

“量子计算将使所有安全加密算法失效”的说法甚嚣尘上,我们需要去伪存真,了解量子计算技术的破坏力及其在人工智能、机器学习和数据科学中的潜在应用。

虽然量子计算技术可能会对整个IT行业产生巨大的经济、工业和社会影响,但其运行速度不会达到光速,不会取代现有系统,更不会在一夜之间使所有安全加密算法失去用武之地。

但是,量子计算不应该被忽略。它在化学、最优化、机器学习和人工智能领域有着巨大潜力,并且能够解决受制于经典计算机体系结构而目前无法解决的关键问题。

什么是量子计算技术?

量子计算是一种基于亚原子粒子量子态的非经典计算技术。它与使用基于二进制的经典计算机完全不同。量子计算技术利用量子比特完成计算。一个量子比特可以表示一系列值,这被称为“叠加”。

叠加赋予量子计算机速度和并行性,因为每个量子位可以代表一个问题的多个答案。量子比特也可以链接在一起(称为“纠缠”)。每个纠缠的量子比特为系统增加两个额外的维度。纠缠与叠加的存在,使得量子计算机能够同时处理大量可能的结果。生产切实可行的量子计算机所需的高质量量子比特数量取决于要解决的问题。

量子计算机胜过经典计算机的能力被称为“量子霸权”。专家预测,对于有限数字的计算问题,“量子霸权”将在数年内成为现实。

量子计算技术的潜在应用

由于通用量子计算技术不大可能具有经济意义,因此其应用范围将是狭窄和高度集中的。尽管如此,量子计算技术确实有可能彻底改变某些行业。量子计算可能带来以下方面的突破:

·机器学习:通过更快的结构化预测改进机器学习,这一方面的例子包括玻尔兹曼机、量子玻尔兹曼机、半监督学习、无监督学习和深度学习。

·人工智能:更快的计算有助于改善感知、理解和电路故障诊断/二元分类器。

·化学:新的化肥、催化剂、电池化学物质都将推动资源利用率的提升;

·生物化学:新药、定制药物、甚至是生发剂;

·金融:量子计算可以实现更快、更复杂的蒙特卡罗模拟。

·医疗保健:DNA基因测序——例如放射治疗最优化/脑肿瘤检查,相关工作可以在数秒内完成,患者无需再等上数小时或数周。

·材料:超强材料、防腐涂料、润滑剂和半导体;

·计算机科学:更快的多维搜索功能、数学和仿真。

忽视量子计算技术的风险

虽然量子计算技术的未来在许多领域仍然存在不确定性,例如物理、材料和控制,但IBM、谷歌、英特尔和微软等跨国公司已经在量子计算技术硬件和软件方面投入了大量资金。

企业应当将量子计算技术视为竞争优势,因为新的量子启发算法可以为产品开发提供创新性的解决方案和新方法。它还可以显著缩短产品上市时间,并优化向客户交付产品。

此外,忽视量子计算技术可能会使企业在知识产权和专利方面面临风险:早期采用这一技术的企业将通过在特定领域内对量子启发式创新申请专利来获得竞争优势。例如,竞争对手可能会开发基于量子计算技术的解决方案,将蒙特卡罗模拟速度提高1000%,或者制药公司可能会显著缩短新药上市时间。

量子计算技术的现状

我们目前正处于量子计算技术寒冬——也就是说,炒作超过技术发展的风险,可能对公众对量子计算技术的认知和投资产生负面影响。媒体炒作提高公众认知,但同时给了公众不切实际的时间表和能力预期。过度的炒作会带来希望的破灭,这对量子计算技术尤其危险,因为它需要长期持续和集中的投资。

由于量子计算技术的物理基础仍处于发展阶段,因此至少5到10年内不会出现重大突破。

量子计算机需要特定的环境:温度必须冷却到0.015开尔文,处理器必须安装在采用电磁屏蔽技术的冰箱中,磁场强度相当于地球磁场五万分之一。它还需要每天进行多次校准。大多数组织都不具备这些维护条件。市场研究公司Gartner建议,对量子计算技术感兴趣的组织可以利用量子计算即服务(QCaaS)技术,使风险最小化并控制成本。预计到2023年,95%的研究量子计算策略的组织将使用QCaaS。

企业应该关注商业价值,并期望至少5年有结果

到2023年,90%的企业量子计算投资项目,将聘请量子咨询机构来帮助发现可以利用量子算法解决的问题。企业应当从量子计算中寻找潜在的机遇,并做好利用这些机遇的准备工作。

这些机遇需要与传统IT完全融合,并要求研究科学家、数据科学家和量子数据科学家进行交叉合作。这种全新发展模式对于任何量子计算项目的成功都至关重要。

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