独立于量子计算的”量子计算“，NISQ指明量子计算发展道路

美国国防部高级研究计划局（DARPA）正在寻找独立于可操作量子计算机之外的量子计算投资项目。

“量子计算机最终将对社会的发展产生变革性影响，但这可能还需要几十年的时间。”

就像在没有河流的地面建造一座桥梁一样，五角大楼研究资助的DARPA已经开始寻找将量子计算技术用于军事方面的方法。但物理学家认为，创造出一个既稳定又可靠的量子计算机还需要几年的时间。

用专业术语来说，DARPA正在寻找一种在容错的量子计算机诞生之前的量子信息处理技术。容错（Fault-tolerant）意味着即使计算机的一部分部件停止正常工作，计算机仍可继续运行而不会完全失控。

量子计算潜力 

物理学家认为，量子计算能够以我们目前无法理解的速度“有效地模拟自然界中发生的任何过程”。在进行计算时传统计算机使用1和0，量子计算机使用的却是量子比特（Qubits），如电子或光子这类亚原子粒子。量子比特可以同时体现1和0的多种可能组合态。

我们从微软博客中了解到：“当前的计算机可能需要数百亿年的时间来解决世界上一些最具挑战性的问题，而量子计算机将能够在短短几天、几小时甚至几分钟之内找到解决问题的方案。”[1]

培养对量子计算的好奇思维

作为这个星球上最鲜为人知的技术之一，量子计算技术的很多新概念和术语正在被当今最聪明的物理学家们提出。而美国国防部高级研究计划局（DARPA）也正在寻求利用这些最近两年才提出的新概念。

“解决众多难以置信潜在组合的优化问题，对军方来说非常重要。”

这被称为NISQ，该专业术语是由加州理工学院理论物理学家John Preskill在2017年12月5日的量子商业计算机大会上发表主题演讲时引申出来的。继主题演讲之后，John Preskill将这次的演讲内容写成了学术文章，目前，这篇文章是量子计算技术最受关注的文章之一。[2][3]

什么是NISQ？

“我们将要进入量子技术的关键时期。”，John Preskill道。

“为了这次演讲，我需要一个词来命名即将到来的新时代，所以我创造了‘NISQ’（Noisy Intermediate Scale Quantum）这个词。这表示的是中等规模带噪声量子器件。”这里的“中等规模”是指量子计算机量子比特数的规模，它将在未来几年内从50到几百个不等的规模发展变化。而50个量子比特是一个重要的里程碑，因为这超出了现存使用功能最强大的超级数字计算机的模拟计算能力（亦是量子霸权，同为Preskill提出）。

“噪声强调的是我们并不能完美控制这些量子比特，因为它将严重限制量子器件在短期内实现可用的大规模量子比特这一目标。我们不应指望NISQ本身改变世界，相反，它应被视为将来量子技术发展壮大迈出的重要一步。我确实认为量子计算机最终会对社会产生变革性的影响，但这些影响可能还需要一些时间，具体时间似乎不容易把控。

DARPA可以用ONISQ做些什么？

在2019年3月初，DARPA宣布了中等规模带噪声量子器件优化（ONISQ）程序。

“量子计算机将能够有效地模拟自然界中发生的任何过程。”

延续DARPA的说法，“解决众多潜在组合的优化问题，对军方来说是非常重要的。”

一个潜在的实例应用是：对军队复杂的全球物流系统的优化，这包括因为缺乏商业物流公司所依赖的基础设施而产生的调度、路线和供应链管理等方面的问题。同时ONISQ解决方案还可能对机器学习、编码理论、电子制造以及蛋白质折叠（Protein-folding）等技术产生影响。

当人们向Preskill教授咨询关于NISQ的问题时，他是这样阐述的：“对于像我这样的物理学家来说，量子计算真正让人兴奋的是，我们有充分的理由相信量子计算机能够有效地模拟任何发生在自然界中的过程。这对于目前我们所熟知的数字计算机而言，模拟这种高度纠缠的量子系统将是无法想象的。在量子计算机的帮助下，我们应该可以更深入地探究复杂分子和奇异材料的特性，并用新的方法探索基础物理学方面的知识。例如通过量子计算机模拟单位粒子的性质，抑或黑洞的量子行为，以及在大爆炸之后宇宙的演变过程等等。”

文中拓展阅读：

[1]相关视频：https://youtu.be/o3hHO3S8Unk

[2]文章参考地址：https://quantum-journal.org/papers/q-2018-08-06-79/pdf/?

[3]相关视频：https://youtu.be/h4nUyF9cSaw

原文链接：

https://sociable.co/technology/darpa-exploit-quantum-computing-without-quantum-computer/

caroline | 整理

Yoking | 编辑

量豆豆 | 校对

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