量子计算天价收费！解决一个实际问题将花费超百亿美元？
量子计算应该如何定价？IBM的27量子比特Falcon系统1.75美元/秒；Rigetti的40量子比特Aspen-11系统的0.35美元/秒；Oxford Quantum Circuits的8量子比特Lucy系统也是0.35美元/秒；IonQ的11量子比特系统1.00美元/秒。这些平台收费谁高谁低？这不是一个容易回答的问题，因为你从每个平台获得的资源不同。
为此，澳大利亚量子计算硬件公司Diraq的固态理论负责人Andre Saraiva博士提出量子比特秒(qubit-second)来衡量量子计算资源。Saraiva指出，每次运行有用的量子计算需要1000亿-5000亿量子比特秒。截止2022年6月，每个量子比特秒的成本约为0.05美元。满足一定条件，所有量子计算资源都可以用量子比特秒表示。
Andre Saraiva，负责为硅自旋量子计算以及其他量子技术的问题提供理论解决方案。
还是最开始的例子，IBM、Rigetti、Oxford Quantum Circuits和IonQ的量子比特数量分别为27、40、8和11，收费分别为每秒1.75美元、0.35美元、0.35美元和1.00美元。每量子比特秒费用实际上是每个量子比特1秒的费用，即以每秒价格除以量子比特数量。
那么四个量子系统的每量子比特秒收费分别为0.00875美元、0.065美元、0.044美元和0.09美元。平均而言，一个量子比特秒目前的价格为0.05美元。最昂贵的系统是IonQ，最便宜的系统是Rigetti。
以目前的价格计算，针对重大问题的量子计算活动将花费超过100亿美元。作者将有用的量子计算应用定义为一个在量子计算机中实现了“量子计算优越性”的问题实例。根据现有研究，作者举了三个例子：
1）负责药物代谢的主要酶细胞色素P450(CYP)具有未知的促进氧化机制，模拟它将需要在1434个逻辑量子比特中进行78亿次操作[2]。而为了执行如此多的操作，每个逻辑量子比特需要包含大约9745个物理量子比特，对应1090亿量子比特秒。
酶细胞色素P450概述图
2）生物固定氮的机理是一种令人梦寐以求的化学过程，可以显著降低肥料生产的价格和能耗，并且它基于尚未了解的过程中的FeMo辅助因子。这个过程可以在量子计算机中模拟，量子计算机在320亿次操作中具有2196个逻辑量子比特[3]，对应4480亿量子比特秒。
三种形式固氮酶示意图
3）分解两个素数的2048位乘积，量子计算机将需要在14238个逻辑量子比特中进行大约250亿次操作[4]，对应4320亿量子比特秒。
对用户而言，以这个价格运行有用的量子算法是不切实际的，因为每次运行的成本高达数百亿美元。这意味着所有技术都需要显著降低成本，才能为客户提供合理的价格。
以目前的价格，针对重大问题的量子计算活动将花费超过100亿美元；显然，预计这一成本将在未来十年内大幅下降。本文提出的主要问题是，一个量子比特秒在十年内要花多少钱？
量子计算市场令人印象深刻：私人和政府投资旨在利用药物设计、材料、网络安全和其他数十亿美元领域的技术革命获利。人们预计消费者将愿意支付高额资金，以保持竞争优势，并释放量子算法的独特创造机会。然而，科技公司知道，通常很难将计算机的模拟结果转化为可行产品。目前尚不清楚公司应该预算多少，以便为其研发野心释放量子计算能力。
基于云的量子计算服务的当前价格与量子资源估算相结合，结果显示，单次运行有用量子计算的价格将超过全球在这一领域支出最高的公司——亚马逊，的全部研发预算。因此，量子计算的竞赛不仅是一场扩大量子比特质量、数量的竞赛，也是一场降低成本的竞赛。
重点是可变成本。鉴于客户需要购买的资源量非常大，作者预计固定成本（例如云访问维护和硬件开发成本）将被稀释，并且大部分价格将由运行成本设定，这很可能是一个很大的、复杂的过程。例如，稀释制冷机会带来高昂的电费、巨大的磨损成本，需要集成数百或数千台制冷机的量子计算方法将具有启动成本，这将限制量子比特秒价格。
每次运行的成本超过几百美元，没有多少公司有足够财力来证明计算研究的合理性；量子计算解决方案也只有在量子计算的价格从当前要价中降低至少一百万倍时，才能创建一个全面的可持续市场。这不一定是一个很大的问题：半导体行业和每个晶体管的价格标签也发生了类似的成本缩减。
总而言之，有必要考虑量子计算的成本以及它们如何决定市场可持续性。最终，量子比特秒可能会成为最终标准，但是现在需要开始讨论降低量子计算成本的策略，同时决定投资哪种技术。更重要的是，我们需要扎实的资源估算科学来正确计算这些数字，并专注于实际、有用的问题及其现实成本。
参考链接：
[1]https://quantumcomputingreport.com/how-should-quantum-computations-be-priced/
[2]https://arxiv.org/abs/2202.01244
[3]https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.2.030305
[4]https://quantum-journal.org/papers/q-2021-04-15-433/