别被噱头蒙蔽了，量子计算需要普适性

据《金融时报》北京时间1月29日报道，量子计算的热度即将迎来大幅升温。紧接着各大媒体竞相炒作，称谷歌和微软这两家科技巨头即将在未来几周内公布量子计算里程碑意义的重大突破。然而，小编认为在官方消息公布之前，这些猜测都可能是“噱头”，科学需要严谨，更需保持清醒。别被这个浮躁的时代，太多的喧嚣掩盖了真相和科研的“真谛”。

关于量子计算机的定义，大家应该已经熟知。物理学角度来说，所谓量子计算机就是一台基于量子力学原理工作的计算机，其本质是一台硬件设备。举个例子，现在你需要从一千张名片中找出S的名片，你会怎么做呢？别无他法，你只能一张一张地去翻看，这估计要花上你一整天的时间，等到选出来时早已眼花缭乱，卒。传统计算机也一样，必须将这些名片一张一张扫描，最终才能找出你想要的那张。

而量子计算机会如何做这件事呢？将一千张名片全部叠成一摞，一次性“透视”这堆名片，瞬间就能找出S的名片。

同样的道理，如果有一千条路，传统计算机必须一条一条地走完这一千条路之后，再对比所用的时间才能得出最短路径。而量子计算机会化为一千个分身，同时去走一千条路，瞬间找出最优路径。

这就是所谓的并行计算，这也正是量子计算机的最大优点。

随着现代技术的不断发展，计算量的需求也呈现前所未有的规模，而传统计算机所运用的摩尔定律即将寿终正寝，我们急需采用一种不同的计算方式。量子计算就是这类模式的一种，它基于量子力学而非经典物理学的思想进行计算。因而具有传统计算机无法超越的速度，这也铸就了量子计算机比传统计算机在计算能力上有着不可逾越的优势。

本周，小编有幸参加了由《麻省理工科技评论》举办的全球新兴科技峰会（EmTech China），这也是EmTech首次落地中国，会议聚集了来自世界各国的顶级科学家、商业领袖及政府高官。量子计算也是此次峰会谈论的一个重要主题，会议邀请了来自著名尖端科技风险投资Founders Fund首席科学家Aaron VanDevender、IBM研究院副院长Robert Sutor和加拿大D-Wave公司的CEO Vern Brownell以及特约主持人中科院量子信息和量子科技前沿卓越中心的陆朝阳教授。他们共同探讨了关于量子计算机的市场潜力、50量子比特的实现目标以及量子计算软件等方面的内容。

3D大脑也要服务于生活

Aaron VanDevender发表了题为《量子计算：AI及其他部分之和》的主题演讲。VanDevender用深入浅出的方法为我们阐释了量子计算的定义，通过掷硬币、打桌球等生活中常见的实例为我们生动形象地讲解了量子叠加和量子纠缠状态。在思考量子计算机是否有价值、是否具有传统计算机无法实现的功能方面，他认为我们应该超越思维的孤岛，因为所有的量子计算都是可以相互叠加的。传统的超级计算机可以解决很多事，但是量子却可以做更多的事情，它就像是有一个3D大脑一样，能够在多个领域内，准确定位到关系的存在，从而帮助我们在很短的时间里找到自己要处理的关系。通过量子计算机模拟量子世界，可以让人类进一步理解我们生活的真实世界。这也是我们期待的量子计算机能够投入实际生活的最朴素的愿望。

拒绝噱头，脚踏实地

IBM研究院副院长Robert Sutor，也是量子计算和区块链的负责人，他在此次会议上为我们讲述了量子计算的概念和历史发展，同时讲述了量子计算机和其他计算机的不同，量子计算与量子通信也是完全不同的概念。他强调量子计算机是一种用做计算的硬件设备。量子计算需要我们逐步去理解并使其发挥作用，能够应用于实际生活才是真正意义上的“超能产品”。Robert还为我们展示了IBM在量子计算方面的研发进展，包括IBM Q云平台和QISKit网络以及最新研发出来的50量子比特原型机。Robert透露，从IBM的角度来说，希望QISKit网络实验室能够成为未来的量子计算机中心，而不是数据中心。计算中心可以充分利用其计算能力去支持机器学习、分析问题等领域，因为量子计算的重点是计算能力。他认为这也是未来的一个趋势。

此外，Robert此次主题演讲中比较吸引我的还是他对“量子霸权”的驳斥。早在2012年，加州理工大学的John Preskill就提出了“量子霸权”概念，谷歌也一直以此为目标，不断地追求量子计算领域的突破，想要“称霸一方”。2017年10月份，谷歌还揭示了“量子霸权”蓝图，加州大学圣巴巴拉分校的Charles Neill和谷歌的Pedram Roushan表示，他们知道如何实现量子霸权，并且首次成功地实现了该机器的原理验证(proof-of-principle)。这项工作表明了量子霸权的首次演示可能只有几个月的前景。 而近日，又一波风生水起，谷歌此次是否真正能够实现所谓“量子霸权”，我们拭目以待。

可是，根据Robert所述，“量子霸权”不过是一个噱头，我们所需要的量子计算机是能够在实际生活中应用的，是普性的，而不光是理论地去构想，夸夸其谈，不考虑其可行性。这些问题听上去很漂亮，但是并没什么用，我们需要保持理性和清醒，展现硬件的计算机能力才是最关键的。我觉得IBM的这种务实精神和严谨的态度，正是科研所需的，这也是其能长久屹立于科技之巅的内在关键因素。

商业化指日可待

全球唯一提供商用量子计算机的公司D-Wave的CEO Vern Brownell为我们详细讲解了量子叠加、量子纠缠和量子隧穿效应，不管现在还是将来，这三个量子效应对于打造量子计算机都是非常重要的。那如何打造量子计算机呢？Vern给出了三种主要方法。

首先第一种方法是门模型(Gate Model)。我们的数字计算机有很多的逻辑门，可以把这些量子效应放在其中，比如说IBM是第一个将自己的量子计算系统上传到云端的公司，随后谷歌也做出了非常大的努力，虽然他们还没有实现自己的目标，但是他们总是会实现的。但是逻辑门模型需要进行大量的纠错，对于一般的逻辑量子容量，可能需要几千甚至几万个立方体来打造真正的计算机。D-Wave希望可以拓展他们的量子计算机，甚至可以拓展到几百万个立方体，这样就可以做非常有用的计算了。

另外一个方法是微软使用的方法，这是一个非常有趣的方法，因为它可以不进行任何纠错。理论上来说，它可以用更少量子比特来处理问题。现在正在使用一种外来准粒子叫马约拉纳粒子（Majorana particle）来打造超强的计算能力，现在微软还没有制造出足够多这样的量子比特。所以说我们还需要花费许多的努力，可能在接下来的几年，这样的量子计算机会成为非常强大的一种技术。那么，近来媒体所宣称的微软即将放大招，是否是这方面的突破呢？Who knows？

D—Wave选择了另外一种不同方法叫量子退火，它可以找到一种低能耗的配置，同时使用量子隧穿的方法。这种方法可以防错，并且可以用来解决很多商业问题。现在我们的产品还不是一种普适性的量子计算机，但是量子退火的方式可以量子计算机更加地普适，更具有商业化的价值。

Vern表示D—Wave有可能是第一个展示出量子霸权的公司。他们希望给客户提供真正的服务。D-Wave的最新产品将会在未来的几个月内正式发布，他们也将在真实产品的应用中展示量子优势。此外，他表示，量子计算机的应用涉及各行各业，其中也包括机器学习、材料科学、网络安全、错误探测。

那么，量子计算机目前发展到什么阶段了呢？根据Vern所述，目前D-Wave的量子计算机发展图如下：

图片上显示的横轴是时间，纵轴是计算性能，

D-Wave的研究人员发表了很多论文证明我们已经超过了图中绿线的水平，接下来几个月发布的新的产品，将会在性能方面有所提升，他们也正在不断地提升自己的系统，并且和消费者进行合作，向其提供更多的服务和产品。

此次EmTech峰会量子计算专题给我的最大感受就是科技巨头公司的“务实”态度、合作意识和锐意进取的精神，量子计算机的实现不光需要孜孜不倦地钻研，还要防患噱头，理性分析，清醒验证。同时要加强合作，不管是涉及人工智能、机器学习等专业领域，还是涵盖化学、物理、数学、生物等跨学科知识，亦或是政府、商界、学院的专家交流，对于实现量子计算机来说，都至关重要。

至于谷歌和微软要搞的“大事情”，我们也只有“静候佳音”咯。

本文由量子计算最前沿基于相关资料原创编译，转载请联系本公众号获得授权。

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