技术还是用例，什么将推动量子计算？

光子盒研究院出品 

导读：量子计算技术很可能会解决当今计算机无法解决的难题。但是量子计算的主要应用到底是什么呢？量子算法初创公司Classiq首席营销官席Yuval Boger回答了这些问题。

手机的发明者Marty Cooper在1981年说：“手机永远都不会取代有线电话。”

Robert Metcalfe发明了以太网，并共同创立了网络巨头3Com，但是他在1995年预测，“……互联网将很快成为引人注目的“超新星”(指的是恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸)，并在1996年则会出现灾难性的崩溃。”

众所周知，这两个预测都大错特错。

Cooper和Metcalfe都只考虑了该技术旨在解决的问题，而没有考虑该技术存在后可能开发的所有其他用例。今天，手机和互联网的应用范围之广，远远超出了他们发明的最初设想。有些技术的发明甚至没有一个明确的应用。例如，激光被描述为“一个寻找问题的解”。

这对量子计算有什么启示？如今，量子计算在解决某些难题方面似乎非常有用，这些难题即使是最强大的经典计算机也无法解决的。我们期待材料科学中有新的发现，因为在量子计算机上模拟复杂的分子要容易得多，主要是由于构成分子的电子和质子本身也表现出量子行为。我们可以想象量子计算对金融服务进行更好的投资组合优化和风险分析。我们相信，作为供应链管理的关键算法，路径优化将更容易在量子计算机上实现。但这些解决方案是我们在技术成熟之前就设想出来的。如果我们今天就能看到这些，想象一下几年后量子计算将变得多么有用。

是什么阻碍了量子计算机在今天实现这些预期好处的呢？有以下几点原因：

1.今天的量子计算机只有少数量子比特。与使用二进制比特(0或1)的经典计算机不同，量子计算机使用的量子比特可以同时是0和1的组合(叠加)——因此可以同时分析多种场景。例如一个20量子比特的量子计算机可以同时分析100万个选项，并有可能显著加快处理速度。今天的量子计算机有几十个量子比特，但是它们的操作可以在经典计算机上进行模拟。换句话说，如果今天的量子算法可以在经典计算机上执行，那么今天就没有什么理由使用量子计算机了。

2.量子比特的噪声很大。由于与环境的相互作用，今天的量子比特只能在很短的时间内保持叠加态，通常只有几毫秒。因此，被设计成完全在量子机器上执行的复杂算法是不可能运行的。虽然有一些方法可以实现“纠错”，但这些方法需要非常多的量子比特，而目前还没有拥有这么多量子比特的系统。

3.软件开发平台尚处于起步阶段。目前量子编程是在所谓的“门级”上完成的，它定义了量子比特和操作它们的“量子门”之间的连接性。对于熟悉电子设计的人来说，这类似于手动创建一个电气元件的“网络表”。这种方法在仅处理几个量子比特时是很好的，但当有成百上千个量子比特可用时，这种方法很快就变得不切实际。

然而，有几个好的势头让我对量子计算感到乐观：

1.尽管现有硬件的量子比特数量很少，而且量子比特的噪声很大，但还是提出了变分量子本征求解器(VQE)、量子近似优化算法(QAOA)和HHL等几个影响较大的算法。这些算法通过在量子计算机上反复运行较短的算法，用经典计算机检查结果，并在此基础上调整量子算法，克服了今天机器的一些限制。这些算法能够解决有趣的优化问题，进行一些化学模拟，或者让我们体验一下接下来要发生的事情。想象一下，一旦量子计算机允许运行更大的程序，将会有多少算法被开发出来。

2.量子硬件正在飞速发展。例如，根据IBM硬件路线图，将在2021年、2022年和2023年分别提供127个、433个和1121个量子比特的机器。霍尼韦尔等其他供应商也预测了类似的增长。这些机器将能够做到比经典机器可以模拟的更多的事情。

3.越来越多的量子计算机可以通过云平台访问。这使得全世界的研究人员都可以使用它们，即使是那些没有预算或设施来拥有自己的量子计算机的人。

4.近年来，量子开发人员的数量显著增加。人们预计，这种增长还将导致新算法的发现以及对其他应用的探索。

5.软件环境也在不断改善。借用电子设计的概念，我们开始看到提供量子版本的VHDL的环境，VHDL是一种高级语言，可以合成一个完整的量子电路。

几年后，量子计算会出现哪些神奇的应用？也许你的猜测和我的差不多。但即使只局限于我们今天可以预见的那些用例，也证明了我们在制造先进的量子硬件以及具有鲁棒性和灵活性的量子软件方面的重大投资是合理的。

参考链接：

https://www.toolbox.com/tech/innovation/guest-article/technology-or-use-case-what-will-drive-quantum-computing/

—End—

相关阅读：

光子盒将为中国境内的研究机构和企业提供一个免费的垂直招聘信息发布渠道，欢迎有需求的机构或企业直接联系光子盒。（微信：Hordcore）

你可能会错过：