资本实验室·今日创新观察
聚焦前沿科技创新与传统产业升级
李鑫
在很多人眼中，量子计算机被认为能够完成经典计算机所不能完成的任务。
事实上，如果量子计算机缺乏足够数量的处理单元，即量子比特，以及足够的稳定性来做有用的工作，这些好处就仍然只是理论上的。
目前，全球少数国家和地区，包括美国、中国、欧盟与日本，以国防、军工、科研部门为代表的力量都在量子计算领域发力，并带动了该领域的投资增长。
与此同时，从IBM、谷歌、英特尔到国内的百度、阿里巴巴、腾讯，大公司也正在加大该领域研发与商用探索的力度。
例如，IBM开发出了一台50量子比特的量子计算原型机，Google也推出了一款72量子比特的芯片。但是，这些产品要成为真正有用的设备，挑战犹存。
近期，IBM的两位科学家就量子计算机的总体趋势、能解决的问题，与经典计算机的关系，以及当前面临的挑战发表了自己的看法。
这些看法有助于我们对量子计算机形成更为清晰的认识，同时帮助我们对这一科学应用的前沿保持一份敬畏之心。
1.量子计算机不会取代经典计算机
IBM英国与爱尔兰首席技术官Andy Stanford Clark表示：“量子计算机永远无法运行if/then/else类型的逻辑，这是我们所熟悉的从一个步骤到另一个步骤，也就是传统冯诺依曼结构的计算机所采用的逻辑。”
2.量子计算机擅长解决优化问题
Stanford Clark认为：“当你有一个指数级的排列数需要运算时，量子计算机真的很擅长解决这些问题。”
“例如，如果你正在优化飞机路线的里程，或者优化铁路网络的备件布局，那就有2的n次方种可能性，你必须尝试每一种可能性以找到最佳的解决方案。
“如果你有一个2的100次方种可能性的问题，经典计算机将难以胜任。而在一台100量子比特的量子计算机上，你在一次操作中就能解决它。”
IBM超导量子比特量子计算的技术领导人Stefan Filipp说：“我们知道一些可以实现指数加速的算法。例如，量子化学或材料科学问题、计算分子的性质，都是量子计算机可以帮助解决的。”
3.量子计算机将扩展经典计算机
Stanford Clark说：“我们不会看到人们扔掉他们所有的经典计算机，并用量子计算机取代它们，”
“我们将看到，就像你的经典计算机上有一个数学协处理器（maths co-processor）和一个GPU一样……在你的经典计算机旁也将有一个量子计算机协处理器。”
“当你必须解决一些大规模的指数问题的时候，你可以把它打包，扔到量子协处理器上，它会注解答案，然后你会继续用你的经典算法来获得你的答案。”
4.我们需要50到60个量子比特的计算机来做有用的工作
Stanford Clark说：“量子计算机取代经典计算机的关键点是50到60个量子比特。……当我们达到50量子比特的水平，我们能够做出有用的计算。”
5.构建可工作量子计算机并非易事
Stanford Clark说：“我们目前有一个50量子比特的计算机原型，但问题是量子相干性，……这意味着你不能用你的50个量子比特来完成很多有用的事情，所以我们还有一段路要走。”
Filipp补充说：“挑战在于，让硬件达到我们可以使用它并运行实用算法的水平。”
“这意味着我们不仅要增加量子比特的数量，而且必须增加相干性。我们必须改进这一点，以便我们能够解决实际算法。”
“我们有一个提升相干性的路线图，但在实际的量子计算机中仍然是一个重大的挑战。”
6.我们不知道如何编写有用的量子软件
Stanford Clark说：“目前我们还不知道如何编写量子计算机的复杂算法，因为我们已经如此习惯于使用经典计算机。”
“我们只是没有经验，试图去用量子计算机解决我们曾用经典计算机解决的问题。”
7.量子计算机需要纠错
“量子比特内部也存在容错，”Stanford Clark补充说，量子计算机需要相当于传统计算机中发现的错误校验奇偶位。
“在量子计算机中，你需要同样的技术，这样我们就可以检测到一个比特在无意中翻转或出现在错误的状态，而错误可以被校正。”（参考信息：techrepublic）
来源：百家号 时间：18-07-27
现代技术发展的速度总是超过人们的想象，技术发展的方向也将人们的生活带向一个新的层次。在今年CES展上，因特尔宣布了自己的研究成果，一块49个量子位的量子芯片，而后三月，谷歌宣布了一块拥有72个量子比特的量子芯片，并且表明能够进行实际运用，5月阿里达摩院也不甘示弱，推出了自己的量子电路模拟器“太章”，一时间量子计算的概念进入大众视野，成为了焦点话题。
量子计算
什么是量子计算？根据维基百科的解释，根据量子力学现象进行计算即为量子计算。谈到量子计算，就必然绕不开两点，叠加和纠缠。与传统计算机基于晶体管的二进制不同，传统计算机的二进制数字总是确定状态的“0”或“1”，而量子计算使用的是量子比特，并没有固定状态，我们可以借用一个著名的实验“薛定谔的猫”来描述这一现象。
薛定谔的猫
在箱中放置一只猫和连接毒气的放射物，箱中的放射性物质有50%概率衰变释放毒气杀死猫，但也有可能不会衰变使得猫活下来。在不打开箱子的情况下，如果按照传统计算机的角度，猫要么死了要么活下来，必然是二者中确定的一方。但是以量子计算的角度，猫可以既死既活，处于二者混合的状态，这就是叠加状态。
量子纠缠
量子纠缠实际上是两个在叠加态中的粒子相互影响的现象，值得注意的是，这两个粒子在空间上距离可能会隔很远，但是双方中间一旦一方被测定，与之纠缠的一方的状态也会被确定下来。
传统计算机的基本单位比特(bit)拥有确定的状态，要么“0”，要么“1”，而量子计算的基本单位为量子比特或称为量子位（Qubit），可以同时存在“0”和“1”两种状态，如果拥有4个比特，那么传统计算机也只是存储2^4中的一个，如果拥有4个量子比特，那么能够存储的信息为2^4个，计算能力直接呈指数级增长，运算能力相当于传统计算器运算2^4次，效率将大大增加。
得益于量子叠加和纠缠，量子计算能够保持超高速度来进行并行运算，对于大批量数据结果运算能够保证高效完成。不过需要注意的是如果没有与之对应的量子算法，量子计算机的实力是难以全部发挥的，而且只有部分算法可以进行加速，因此传统计算机与量子计算机处于相辅相成的关系，并非只是新技术完全取代传统的过程。
早在2016年5月4日，IBM就发布了量子计算服务，用户可以通过云连接IBM量子计算机，来进行实验和模拟。量子计算作为一种革命性的技术正越来越受到重视，微软，谷歌都投入了自己的研发力量，量子计算的现实应用也正一步一步离我们越来越近。
·数据计算
数据计算
谈到应用，量子计算机的核心功能自然是数据计算，超高的运行计算能力，这对于许多行业都是必须要求。例如今年大火的人工智能方向，通过深度学习，不断完善算法，直至产品满足人们智能化需求。在这个过程中，机器学习的成本往往是巨大的，因此许多人工智能都只能在某一个领域某些关键词上作出相应，难以满足人们复杂的情景应用，自然会被叫成“人工智障”。但是如果利用量子计算机的高速运算，机器的学习成本将会大大降低，AI的运用场景也将丰富起来。其实不仅仅是人工智能，量子计算在大数据分析，智慧城市，金融模型等方面都大有可为。
·通讯加密
信息安全依托算法加密
当今各种密码的安全保障依托各种加密算法技术，但是对于量子计算机来说，能够通过特定算法进行高速并行轻松破解。基于量子纠缠的特性，在通讯过程中，如果有人想要窃听通讯内容而对量子进行测量的话，另一端量子就必然会感知到，从而终止机密信息的传输，商业机密能够得到充足的保障。
量子技术发展自然是未来的一大方向，但是我们仍需要看到其中的问题，一是量子计算的要求更为严苛，需要在极低温的环境下工作；二是量子相关技术的研究存在瓶颈，例如如何制造出纯纠缠态，以此克服量子通讯的信息失真；三是量子计算带来的改变，例如密码学革命性的改变，传统加密技术，行业，个人信息安全的该何去何从，量子计算攻击该如何防范。四是量子计算技术各国研发的水平差异，标准由谁制定，量子霸权的出现。这些都是我们需要了解的。
量子计算技术必然会到来并给我们生活带来巨大改变，但现在仍处于发展阶段，因此并没有必要过于吹捧，肯定技术价值，合理规划研究，这是一个企业乃至国家保持创新和竞争活力的关键，更何况，量子计算离改变生活的日子也不会太远了。
来源：百家号 时间：18-05-31
