科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
1981年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼在美國(guó)麻省理工學(xué)院發(fā)表了一場(chǎng)演講。他提出了一個(gè)前所未有的想法：利用量子力學(xué)的奇異特性來進(jìn)行計(jì)算。費(fèi)曼的這一理念猶如一顆開創(chuàng)性的種子，為量子計(jì)算領(lǐng)域的興起奠定了基礎(chǔ)。
但是，歷經(jīng)多年迅猛發(fā)展，物理學(xué)家們?nèi)晕创蛟斐黾冗m用于日常使用又能在正常條件下穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)用量子計(jì)算機(jī)。
不過，就在近日，澳大利亞《對(duì)話》雜志刊文稱，實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)即將實(shí)現(xiàn)。微軟公司也認(rèn)為，是時(shí)候?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)時(shí)代做準(zhǔn)備了。
那么，人們距離量子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用還有多遠(yuǎn)的路程呢？
能快速找到最佳解決方案
一次性洞悉一個(gè)問題的全部潛在解決方案，就像被賦予了一種超能力，可以在錯(cuò)綜復(fù)雜的迷宮中同步探索所有潛在路徑，從而迅速鎖定正確出口。基于這樣的設(shè)想，量子計(jì)算機(jī)在追尋最優(yōu)解的過程中展現(xiàn)出驚人的速度，無論是尋找最短路徑，還是解決問題的最快方式，皆能輕松應(yīng)對(duì)，游刃有余。
舉個(gè)例子，航空公司需要在航班延誤或意外事件后重新安排航班，這是現(xiàn)實(shí)生活中時(shí)常遇到的問題，但其解決方案往往并非最優(yōu)。為了計(jì)算出最佳的應(yīng)對(duì)措施，經(jīng)典計(jì)算機(jī)需要逐一考慮所有可能的航班調(diào)整方案，其復(fù)雜程度令人咋舌。
然而，量子計(jì)算機(jī)卻能一次性嘗試所有這些可能性，讓最佳配置自然而然地浮出水面。此外，量子比特還具有一種被稱為糾纏的物理特性。當(dāng)量子比特糾纏在一起時(shí)，一個(gè)量子比特的狀態(tài)可以影響另一個(gè)量子比特的狀態(tài)，無論它們相隔多遠(yuǎn)。這一特性同樣是經(jīng)典計(jì)算機(jī)所不具備的，這使得量子計(jì)算機(jī)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)能以指數(shù)級(jí)的速度解決某些問題。
會(huì)完全取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)嗎
量子計(jì)算機(jī)在解決特定問題方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，如模擬分子間的相互作用、從多個(gè)選項(xiàng)中找到最佳解決方案或處理加密和解密等。但它們并不適用于每種類型的任務(wù)。
經(jīng)典計(jì)算機(jī)按照線性順序依次處理每個(gè)計(jì)算，遵循經(jīng)典算法，這使得它們具有很強(qiáng)的可預(yù)測(cè)性，穩(wěn)健且不易出錯(cuò)。對(duì)于日常計(jì)算需求，如文字處理或?yàn)g覽互聯(lián)網(wǎng)等，經(jīng)典計(jì)算機(jī)仍將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。
這至少有兩個(gè)原因。第一個(gè)原因在于實(shí)用性。要想打造一臺(tái)能穩(wěn)定計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)直難如登天。量子世界極不穩(wěn)定，量子比特極易受到周遭環(huán)境諸如電磁輻射等因素的侵?jǐn)_，稍有不慎便會(huì)出錯(cuò)。
第二個(gè)原因在于處理量子比特時(shí)固有的不確定性。量子比特處于疊加態(tài)，既不是0也不是1，因此它們不像經(jīng)典計(jì)算中使用的比特那樣可預(yù)測(cè)。因此，物理學(xué)家用概率來描述量子比特及其計(jì)算。這意味著，即便是使用相同的量子算法，在相同的量子計(jì)算機(jī)上反復(fù)求解同一問題，也可能會(huì)每次都得到截然不同的答案。
為了應(yīng)對(duì)這種不確定性，量子算法通常會(huì)運(yùn)行多次。然后，研究人員會(huì)對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定最可能的正確答案。利用這種方法研究人員才能從量子計(jì)算中提取出有意義的信息。
未來十年或?qū)⒋蠓殴獠?/strong>
從商業(yè)角度來看，量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展仍處于萌芽階段，但格局已初具規(guī)模。每年都有眾多新公司如雨后春筍般涌現(xiàn)，其中不乏像IBM和谷歌這樣的行業(yè)巨頭，也有如IQM、Pasqal以及Alice和Bob等初創(chuàng)企業(yè)嶄露頭角。他們都在致力于使量子計(jì)算機(jī)更加可靠、可擴(kuò)展且易于訪問。
過去，制造商常以量子計(jì)算機(jī)中的量子位數(shù)量作為衡量機(jī)器性能的指標(biāo)，如今，他們?cè)絹碓街匾曊业郊m正量子計(jì)算機(jī)容易出錯(cuò)的方法。這一轉(zhuǎn)變對(duì)于開發(fā)大規(guī)模、容錯(cuò)性強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)至關(guān)重要，這些技術(shù)對(duì)于提高其可用性至關(guān)重要。
谷歌最新的量子芯片Willow在這一領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。谷歌在Willow中使用的量子比特越多，錯(cuò)誤率就越低。這標(biāo)志著在構(gòu)建能徹底改變醫(yī)學(xué)、能源和人工智能等領(lǐng)域的商業(yè)量子計(jì)算機(jī)方面邁出了重要一步。
光陰流轉(zhuǎn)，量子計(jì)算已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)中一個(gè)備受矚目的研究領(lǐng)域。盡管仍處于起步階段，但專家預(yù)計(jì)，其在未來十年將取得重大進(jìn)展。
