传统计算机的终结者——量子计算已开始加速商业化

考虑三个问题：全球1%的能源用来生产化肥；太阳能光伏板不足以为大多数家庭提供所有的用电需求；股票投资就像是玩俄罗斯轮盘赌。

这些看上去完全不同的问题可以通过同一个工具来解决-这个工具就是量子计算。

量子计算使用超导粒子来完成各种任务，长期以来在科学界被认为是顶尖学术，而普通老百姓就更难以接触和理解了，但是这一现象在迅速改变。

IBM公司在去年发布了量子经验（QuantumExperience）这种基于云系统之上的量子计算服务，向商业化迈出了坚实的一步。

通过量子计算，科学家和研究者可以不再通过买入昂贵的量子系统来进行试验。

在今年3月份，IBM公司将去年的量子经验进行了提升，并命名为IBM Q，这是全球首款可以投入商业用途的云量子计算系统。

现在，那些大公司可以在纽约购买IBM量子计算机的使用时间，IBM公司还没有公布具体的使用日期和使用价格。

据技术市场观察者认为，IBM的价格可能是那些小公司在经济上无法承受的。

美国劳伦斯•伯克利国家实验室（LawrenceBerkeley National Laboratory）计算科学院教授亚劳德•麦克兰（JarrodMcClean）认为IMB公司的信息发布非常让人兴奋，因为传统上对量子计算的商业化运作估计要十多年以后，而在去年一些专家估计量子计算的商业化运作可能要在5-40年以后才能实现。

但是现在量子计算的商业化确实来到了，而量子计算的潜在应用可能会根本改变制药公司研发药物的过程，物流公司的运输安排和对冲基金经理们在股票市场上的操作策略。

量子计算的应用领域还不只是这些。

量子计算和传统计算的差别就像是一个算盘和苹果电脑的差别那么大。

IBM系统副总裁和量子计算首席信息官斯科特•克劳德（Scott Crowder）说到：“传统的计算机发明在上世纪40年代以前，而当初的计算机和现在的完全不一样了，而量子计算机就是传统计算机的终结者”。

组成量子计算机的主要部件是量子比特（qubits），从量化工程学的角度解释就是可以比传统依靠芯片的计算机运算更快，而实际上这两者就像飞机和跑车这两个不在同一等级上的对手，二者是无法进行比较的。

传统计算机仍能在某些方面做的较好，但是量子计算机的优势是传统计算机无法比拟的，这是两者的区别。

要解释量子比特是如何工作的就需要了解量子力学，这不是由我们日常生活中每天都接触到的传统物理学理论能解释的。

量子纠缠和量子叠加是非常重要的，这些概念挑战常识性认知，可以在非常小的环境下发生作用。

从技术上来说，量子比特在同一时间可以有两种不同的工作方式。传统的计算机依靠二进制来计算步骤，但是量子比特可以同时是0和1。

量子纠缠是量化的专有特性，它可以使两个不同的量子比特的特点交织在一起，这就使更多的运算成为可能。

在传统计算机上需要人类一生来进行的运算在量子计算机中只需要几天或者几个小时而已。

IBM公司量子计算部的工程师杰瑞•周（Jerry Chow）认为，量子计算机最终将成为有史以来世界上最快的超级计算机。

人类目前还没有到达这个程度，但是量子计算会达到一个能解决目前计算机不能解决的问题的程度。

他还说到IBM计划在几年内建立一个50位量子比特系统。而谷歌也定下目标在2017年底之前建立一个49位的量子比特系统。

目前还有一些科学家对IBM量子计算进入商业市场应用表示怀疑。

斯坦福大学物理系教授山本义久（Yoshihisa Yamamoto）说到：“我觉得IBM量子计算机在真正商业化从而改变人们日常生活之前还有很长的路要走。”

加州理工学院计算机和数学系的助理教授托马斯•韦迪克（ Thomas Vidick）也认为IBM量子计算机的商业化似乎“过于提前”，在商业应用成为主流之前还有10到20年的时间。

他说到：“这些量子计算机是很大的机器，但是很难控制。在将人类想解决的问题转换成机器能解决的问题中间要有一个过渡。”

尽管对量子计算有很多怀疑，很多研究者坚定认为，在目前的系统和常规的计算机不能解决问题时，是在软件层面上进行突破的时候了。

加拿大安大略大学量子计算学院的创始人米切尔•莫斯卡（Michele Mosca）说到：“一旦大规模的量子计算机建立起来并应用在重要的设计和优化之中时，人们的日常生活就会受到影响并发生改变。”

美国有一家创业公司，叫D-Wave系统公司，是一家生产和销售量子比特系统的公司。

这家公司的系统与IBM和其它公司的量子计算机不同。D-Wave系统公司的计算机被称为量化退火炉（quantum annealer）,这个系统目前只能对问题进行优化。

但是这也给市场带来了很大震动，科学家对量化退火炉能否最终超过传统的计算机讨论的热火朝天。

但是不管如何，这种类型的量子计算机能进行量子分析问题，而目前还没有比它好的系统。

实际应用：

是什么样的复杂问题需要量子计算机来处理呢？

以化肥生产为例，化肥生产对电力的消耗很大，全球大规模化肥生产消耗了全部能源供给的1%-2%，在生产的过程中需要一种生化酶在室温环境下来固定氮的蓝细菌，这就需要化肥行业比其它工业部门能源的消耗更有效，而这对传统系统是非常大的挑战。

量子计算机可以揭示生化酶的秘密，这样研究者就可以合成一种新的过程来控制生化酶，计算生化酶在何种环境中更有效，从而节省大量的化肥生产的能源成本。

制药业也会从中受益。麦克兰认为制约制药行业发展的一个环节就是生产很便宜的药品过程中需要电子科学结构的介入。

除了那些基于氢分子的最简单结构，原子和次原子运动需要进行计算机模拟，如果想完成这些工作就不能依靠传统的计算机来完成，传统计算机的结果往往是错误的。

掌握了药品中的原子是如何反应的和制药发展过程中什么样的催化剂更有效，就会极大地加速制药业的发展，并降低药品价格。

在金融中，量子计算也会得到很好的应用。

在劳伦斯•伯克利国家实验室的计算研究系的教授马克斯•普拉多（Marcos López de Prado）说到：“要创立一个带有人工智能性质的能适应市场变化的投资组合，或者在多种变量条件下进行模拟是量子计算理想的问题解决方式，而目前的传统计算机还不够先进到来完成这种任务。因为传统计算机分析出来的最优方案在第二天可能就不是最优的方案了，而通过传统计算机不断研究最优方案的成本太大了，是不实用的。”

而量子计算可以每天甚至是每分钟来不停地对投资组合进行优化，这不是传统的计算机能做到的。

普拉多本人也是古根海姆合伙人公司（ Guggenheim Partners）的执行主任，他一针见血地指出：“通过量子计算机，我们就不用去听那些投资大师的分析或者通过看财经媒体报导来跟随华尔街的脚步了，这是一种在投资中用科学代替猜测的工具。”

量子计算大规模应用于商业是一个美好的愿景。但是专家们普遍达成一致见解就是量子计算在优化方面是切实而且是有价值的。

运用量子计算设计程序可以使商业运作更快、更有效、更经济，而这一点正是给无数产业带来革命性变革的契机。

例如，量子计算机可以用来组织货运卡车路线，这样那些节日礼品的配送就可以在节日之前到达客户手中。

量子计算也可以自动翻译，这样国际交往的业务中就不会因为翻译彼此的电子邮件而有太多的耽搁。麦克兰说到：“基于量子计算基础上的优化是改变各行各业的基因”。

将来有一天，量子可以更宏观地用于优化各国的经济政策。

就像传统计算机刚开始出现在市场上一样，那些能支付计算机的少部分公司先行一步从而取得了竞争发展中的大优势，而将来那些首先能支付并应用量子计算机的公司同样会取得战略优势。

例如，如果只是几家有前瞻性的投资公司使用量子计算机来安排组合投资，那么市场上的其它公司可能就会受损。

但是量子计算什么时候能成为主流，而在所有投资公司都采用量子计算来指导投资后，这种战略不利就会消失，总之，未来人们需要更多地依靠科学而不是市场中的流言。