成為量子計(jì)算書呆子（或狂熱者，對于我們這些不太容易自嘲的人）的危險(xiǎn)之處在于，不可避免地會出現(xiàn)一個明顯的問題。這個問題是：“但是量子計(jì)算機(jī)能做什么而經(jīng)典計(jì)算機(jī)不能？”

老實(shí)說，這是一個有點(diǎn)時(shí)髦的問題。不是因?yàn)榱孔佑?jì)算不能做任何現(xiàn)實(shí)世界中很酷的事情，而是因?yàn)槲覀冇邢薜念^腦還沒有完全設(shè)法開發(fā)出對量子效應(yīng)可能提供的優(yōu)勢非常有用的算法。例如，如果這是一種精神上的困境，那就類似于一個人試圖將他們的思想圍繞在一個無所不知、無所不能的神的概念上。這很難，因?yàn)槲覀儾恢牢覀儾恢朗裁础?/p>

在我們目前確定的與量子計(jì)算相關(guān)的非常小的領(lǐng)域中，量子計(jì)算機(jī)可以使用 Quantum Algorithm Zoo 中的一系列已知算法。但是這個列表，就像維基百科上的另一個列表一樣，是一項(xiàng)正在進(jìn)行的工作。一個人必須樂于鉆研高級數(shù)學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域——它們被稱為神諭——事實(shí)證明，這是一個有點(diǎn)限制的因素。

當(dāng)前——而且相當(dāng)嚴(yán)酷——的事實(shí)是，實(shí)際上沒有任何現(xiàn)實(shí)世界的問題只能用量子計(jì)算機(jī)解決。至少不是現(xiàn)在。如果你給它幾百萬或十億年（以及足夠的能量），我們目前關(guān)心的任何事情很可能可以在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上解決。并非每個計(jì)算釘都需要量子計(jì)算錘。IBM QStart 總監(jiān) Katie Pizzolato 和德克薩斯州奧斯汀量子計(jì)算初創(chuàng)公司 Strangeworks 的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 William Hurley 就量子計(jì)算的現(xiàn)狀發(fā)表了自己的看法。

不可否認(rèn)量子計(jì)算的潛力

Pizzolato 說，我們?nèi)蕴幱诹孔佑?jì)算的早期階段，至少還需要幾年時(shí)間才能解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的問題，不過他補(bǔ)充說，這并不意味著人們還沒有嘗試過. “我們有 130 多家代表世界 500 強(qiáng)公司、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、研究實(shí)驗(yàn)室、政府實(shí)驗(yàn)室和初創(chuàng)公司的組織，他們今天在真實(shí)的量子硬件上試驗(yàn)真實(shí)的商業(yè)問題，”她說。

量子計(jì)算繼續(xù)吸引我們的想象力并引起如此多興趣的原因是它解決一組特定問題的潛在速度仍然非常吸引人，即使我們還沒有完全做到這一點(diǎn)。從理論上講，量子計(jì)算機(jī)的復(fù)雜程度意味著它可以解決眾多行業(yè)的史詩般的挑戰(zhàn)，從制藥到運(yùn)輸?shù)交A(chǔ)設(shè)施再到金融和網(wǎng)絡(luò)安全。這是因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)擅長因式分解大得離譜的數(shù)字，并且擅長解決旅行商問題等數(shù)學(xué)難題，這些問題很快就會讓經(jīng)典計(jì)算機(jī)不堪重負(fù)。

“我認(rèn)為公眾很可能會錯過量子計(jì)算的所有奇跡，”赫爾利說。“他們會受到影響，但很可能不是直接用戶，因此可能不會感到意外。” Hurley 說，不太可能很快開發(fā)出一種供人們在討論量子計(jì)算能力時(shí)指出的“殺手級應(yīng)用程序”類型的算法。

那么，如果很難提出要解決的現(xiàn)實(shí)問題，為什么還要對它充滿熱情呢？赫爾利說，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)不能解決現(xiàn)實(shí)世界中的大問題并不意味著它不能在這個過程中提供幫助。事實(shí)上，他認(rèn)為從量子計(jì)算的角度來看，氣候變化和癌癥研究中發(fā)現(xiàn)的一些計(jì)算復(fù)雜性將是探索的良好候選對象。

“雖然我不確定量子是否會‘解決’其中任何一個，但我確實(shí)認(rèn)為它將對這兩個領(lǐng)域的最新技術(shù)水平產(chǎn)生巨大影響，”他說。

Pizzolato 對量子計(jì)算對許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的影響持樂觀態(tài)度。“它背后的想法從根本上是創(chuàng)新的，并且正在不斷研究新的想法，”她說。她說，量子研究人員一直在“突破量子計(jì)算機(jī)所能做的事情的界限，同時(shí)弄清楚它如何影響我們生活的世界”。然而，要做到這一點(diǎn)，就需要與金融服務(wù)行業(yè)、能源、電子、汽車、化學(xué)、醫(yī)療保健和航空等行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者保持不斷的接觸。

在接下來的十年里，Pizzolato 對新材料的模擬或藥物發(fā)現(xiàn)等事情寄予厚望。

在某些問題上，量子計(jì)算機(jī)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)具有天然的指數(shù)優(yōu)勢，例如本質(zhì)上是量子的問題，如量子化學(xué)，”Pizzolato 說。她說，機(jī)器學(xué)習(xí)是量子計(jì)算加速的另一個很好的候選者。“我們期待更多的研究來建立實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)勢，”她說。

Hurley 說，僅僅因?yàn)楣娺€看不到量子計(jì)算的具體結(jié)果，并不意味著它對現(xiàn)實(shí)生活中的問題無關(guān)緊要。“我認(rèn)為我們在政府投資于量子計(jì)算的數(shù)十億美元中看到了這一點(diǎn)，”他說。“這比人們乍一看可能想的要大得多。

美國最近宣布了一項(xiàng) 10 億美元的量子和人工智能計(jì)劃，其中 3 億美元用于開發(fā)新的能源部量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室。

結(jié)論

或許——就像道格拉斯·亞當(dāng)斯在《銀河系漫游指南》中的超級計(jì)算機(jī)“深度思考”一樣，它對“生命、宇宙和一切的終極問題”的回答是 42——這并不是要解決我們知道如何解決的問題問，但要問量子計(jì)算可以解決的正確問題。

因?yàn)椋阒懒孔佑?jì)算機(jī)不能做什么嗎？它不能告訴你它是否可以做任何有用的事情。可能需要我們中間的創(chuàng)意人員自己解決這個問題。

審核編輯黃昊宇