神乎其神的量子計算，如何商業化？
Robert Hackett
2020-12-11
作為現有超級計算機的“接班人”，量子計算機正處于蓬勃發展之中。
在一次電話會議期間，軟件開發者試圖讓一臺實驗用量子計算機“一展身手”，看看其在重現簡單的條紋圖案時能否拿出良好表現。
在開發者團隊準備好軟件代碼之后，一位留著“臟辮”的科學家通過點擊按鈕啟動了位于丹佛（Denver）郊外實驗室中的量子計算機，一道激光在機器內部激發出一道磁性脈沖，真空室（相當于量子計算機的大腦）中的原子受到沖擊之后隨即開始運動。
負責執行該項測試的工程師，來自專門幫助商業客戶創建量子計算機專用算法的新創企業Zapata Computing，其租用的機器則來自工業巨頭霍尼韋爾，后者認為量子計算領域蘊藏著巨大商機。
雖然完善量子計算相關技術或許仍然需要數年時間，但霍尼韋爾已經開始從中獲得回報，該公司的量子計算機的租賃排期已經排到了數月之后。
霍尼韋爾的首席執行官杜瑞哲（Darius Adamczyk）說：“我們當然可以大談產品有多么創新，技術有多么先進，但如果沒有人愿意為其買單，又有什么意義呢？”
當前，正在大力開發量子計算機的企業中既有谷歌、IBM、英特爾等科技巨頭，也有Rigetti和IonQ等新創企業，等待付費使用霍尼韋爾量子計算機的公司已經大排長龍，這也標志著量子計算即將邁入重要的發展新階段。
雖然量子計算機的通用性遠遠不能和目前的電子計算機相提并論，但這些實驗讓客戶對其可能性有了一絲感受。
不過問題在于，如何在未來幾年里大幅提高量子計算機的運算性能，使其能夠以比其它種類計算機更低的成本獲得更優異的表現。
量子計算機的設計初衷是利用所謂“量子比特”奇妙而強大的物理特性，通過將量子的“疊加”、“糾纏”等狀態與“干涉”相結合，為解決超級計算機無法處理的科學與工業難題創造可能。
專家預計，量子計算機或許還需要10年乃至更長的時間才可以真正走向成熟。但與此同時，當前研發的量子計算機或將于2023年開始在特定場景實現IBM經常說的所謂“量子優勢”。
就營收而言，量子計算目前還只是一個很小的產業，但隨著時間推移，該產業的市場規模可能會獲得巨幅增長。據研究公司Tractica提供的數據顯示，到2030年，量子硬件租賃市場的總規模預計將從目前的2.6億美元增長至90億美元。
但其真正價值仍然取決于量子技術所能夠釋放出的潛在商業機會。出于這一原因，再加上擔心在量子計算研發上落后于中國等競爭對手，美國政府與私營企業在2020年8月承諾，雙方將攜手向這個新興行業投入10億美元資金。
為了在量子計算領域占據主導地位，各大科技企業展開了激烈爭奪。那些率先入場的企業，其客戶數量都在不斷增加。
以IBM為例，該公司已經獲得了130多個商業、學術和政府客戶。2020年9月，IBM的研究總監達里奧·吉爾（Dario Gil）在我參觀他的“瘋狂科學”實驗室時說：“有人問過我：‘量子計算何時才可以真正形成產業？商用量子計算何時能夠成為現實？’我想說的是，現在已經開始。”
各家云計算巨頭已經搭上了這一趨勢。微軟一方面正在開發自己的重量級量子計算硬件，另一方面已經于2020年5月開始向特定Azure客戶提供遠程接入其合作公司量子計算機的服務。微軟的量子計算業務開發主管朱莉·洛夫（Julie Love）表示：“我們正在降低量子計算技術的應用難度，讓更多的人可以真正用到這項技術。”
2020年8月，亞馬遜開始向其龐大的Amazon Web Service云服務客戶開放量子計算服務。為了大幅降低該技術的應用門檻，讓幾乎所有人都能夠用到這項技術，亞馬遜也與微軟一樣使用了合作伙伴的硬件。
同樣身為科技巨頭，谷歌在2019年秋天聲稱其已經實現“量子霸權”，即量子計算機在特定任務上的計算能力已經超過經典的超級計算機，一石激起千層浪。雖然該聲明遭到了競爭對手IBM的質疑，但從這一舉動依然可以看出各大科技巨頭在這一新興行業中為了爭奪“霸主地位”而展開的激烈競爭。
近期，谷歌使用一臺12量子比特的計算機對氫原子與氮原子的化學反應進行了模擬，創下了該領域的新紀錄，這一突破性成就也成功地登上了《科學》雜志（Science）的封面。
此前的紀錄保持者是IBM，三年前，IBM在一臺6量子比特（量子比特越多，建模就越復雜）的機器上對一個一半大小的分子進行了模擬。
一般而言，此類數據處理終將推動電池與碳捕獲技術的進步，這也是大眾（Vokswagen，谷歌合作伙伴）、埃克森美孚（Exxon Mobil，IBM合作伙伴）和戴姆勒（Daimler，谷歌、IBM共同合作伙伴）等企業對此項技術抱有濃厚興趣的原因所在。
2020年早些時候，霍尼韋爾以黑馬姿態橫空出世，攜自研技術殺入量子計算領域，震驚了市場。該公司在硬件開發路徑上并未采用谷歌、IBM所青睞的芯片冷卻技術，而是使用了機器內激光制導原子技術。
精確控制激光是霍尼韋爾量子計算機操作的核心。圖片來源：Courtesy of Honeywell
在霍尼韋爾公開發布的客戶名單上，我們能夠看到諸多知名企業的大名，其中最新加入的包括摩根大通、德國貨運巨頭DHL與制藥巨頭默沙東公司。
默沙東公司的計算平臺主管卡姆·查納（Kam Chana）解釋稱，該公司希望將量子計算機用于早期研發工作，從而生產出更新穎、有效的藥物，并且在降低藥品分銷成本的同時，提高分銷效率。
馬爾科·皮斯托亞（Marco Pistoia）在摩根大通的“未來實驗室”負責研究工作，他表示，量子計算可以增強銀行的風險分析能力，這也是銀行關注的主要問題之一。
高盛集團、富國銀行和Visa也在積極探索量子計算技術，試圖將其用于復雜的金融衍生品定價與網絡安全強化等場景之中。
IBM的量子應用業務負責人斯特凡·沃納（Stefan Woerner）提出，量子計算機或可用于車輛路徑智能規劃、提升投資組合管理安全性及蛋白質折疊研究（蛋白質折疊是一個復雜的生物問題，在醫學上也有一定應用前景）等領域。
當前，由于量子計算仍然處在早期階段，計算速度緩慢異常，等待過程令人痛苦不堪。
以條紋圖案重現實驗為例，Zapata團隊要想從霍尼韋爾的量子計算機中獲得最終結果，必須等待數個小時。在拿到結果之后，團隊成員還要將實際結果與量子計算機所能夠得出的理想結果進行比較，從而衡量量子計算技術在機器學習方面的局限性。而本次實驗幾乎完美地達到了Zapata團隊的預期。
雖然這種試驗在今天顯得太過簡單、緩慢，但也為技術進步開辟了道路，為其在監測財務欺詐及核磁共振成像（MRI）掃描診斷等場景的應用創造了可能。與此同時，對該行業而言，量子計算機的出錯傾向仍然是需要得到解決的問題，說明、糾正此類錯誤將成為其首要任務。
不過，Zapata的首席執行官克里斯·薩瓦（Chris Savoie）表示，盡管量子計算目前仍然存在種種缺點，但它終將為人類創造真正的價值，而且這一天不會太遠。
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量子計算相關術語
與許多其他充滿未來感的領域一樣，量子計算領域也有許多復雜詞匯。以下是一些需要了解的關鍵術語。
量子比特
雖然量子比特（Qubits）與“Cubits”一詞的發音完全一樣，但其與這種圣經中的計量單位并無關系。量子比特一詞由“量子”（quantum）和“比特”（bits）合成而來，相當于經典計算領域所謂“比特”的升級版本。量子比特由原子、光子或其他材料組成，是量子計算無限可能的基礎所在。
疊加
一個經典比特（又稱“二進制數”）的狀態只有“0”或“1”，而量子比特則處于兩者之間的連續態，即同時處于兩種狀態。但奇怪之處在于，只有在無人觀測的情況下，量子比特才能保持這種狀態。一旦測量，這個被測量的量子比特就會坍縮在0（或1）態，也就是說它由“疊加態”坍縮到了它的其中一個可能態。
糾纏
所謂“糾纏”描述的是一種量子相互作用后成為整體的狀態，在這種狀態下，某一量子比特的狀態將會因為另一量子比特狀態的變化而變化。量子計算機制造商希望，有朝一日，其制造的量子計算機能夠利用“量子糾纏”實現超快并行處理能力。
嘈雜
現有量子計算機本身并無太大問題，只是有出錯傾向（科學術語稱之為“嘈雜”）。導致這一現象的部分原因是量子比特非常敏感，即便是最溫和的干擾，比如一個閃爍的光子，也會對其產生影響。
量子霸權
“量子霸權”是一種理論上的里程碑事件，當量子計算機完成了某項所有經典計算機在合理時間內均無法完成的計算時，即稱之為實現了“量子霸權”。谷歌在2019年聲稱其已經實現量子霸權，但IBM對此提出了異議。
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量子競賽
爭奪新興量子計算市場主導地位的競爭十分激烈。部分主要參與者如下：
谷歌
2019年，這家搜索引擎巨頭宣稱實現量子計算領域的重要里程碑：“量子霸權”。但自此以后，已經有多名重要成員從其量子計算團隊出走。
IBM
“藍色巨人”（Big Blue）目前已經躋身新型量子計算機生產商的第一梯隊。IBM在近期設定了新目標，計劃到2030年打造一臺100萬量子比特的量子計算機，性能遠超現有機器。
霍尼韋爾
與IBM、谷歌追求開發超導量子比特計算機不同，這家工業巨頭選擇“離子阱”作為其硬件開發方向。
微軟
微軟的量子計算機開發工作一直進展緩慢，2020年3月，該公司開始向云計算客戶提供接入其他企業量子計算機的服務。
阿里巴巴
2018年，阿里巴巴開始通過阿里云對外開放12量子比特的量子處理器。中國在量子領域取得的進步令美國決策者感到震驚。（財富中文網）
譯者：Feb
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