圖: Honeywell Quantum Solutions

量子計(jì)算機(jī)將徹底改變商業(yè)并開創(chuàng)一個前所未有的算力新時代，正因如此，量子計(jì)算技術(shù)在許多人眼里成了可以提供競爭優(yōu)勢的新必備品，也是前瞻性思維和創(chuàng)新的標(biāo)志，因而得到越來越多高管的青睞。

但對許多在該領(lǐng)域工作的科學(xué)家來說，投資者和首席信息官對量子計(jì)算的濃厚興趣是一把雙刃劍。科學(xué)家警告說，雖然量子計(jì)算機(jī)最終需要走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入企業(yè)，但量子計(jì)算技術(shù)的商業(yè)化可能來得太快了，極有可能會令量子計(jì)算被恐怖地“過度炒作”，落得一個和虛擬現(xiàn)實(shí)、區(qū)塊鏈及NFT一樣的“下場”。

事實(shí)上，從科學(xué)的角度來看，量子計(jì)算是非常令人興奮的——這也是為什么量子計(jì)算領(lǐng)域的研究持續(xù)了幾十年的原因。

科學(xué)家們從上世紀(jì)90年代初開始就對于利用量子力學(xué)構(gòu)建下一代計(jì)算機(jī)的想法感到振奮。原因是當(dāng)時已經(jīng)知道，在粒子處于最小的量子狀態(tài)時，其行為與經(jīng)典物理學(xué)定律所描述的方式非常不同。

例如，量子粒子可以同時以幾個不同的狀態(tài)存在，相當(dāng)于可以處于一種雙重現(xiàn)實(shí)狀態(tài)?？茖W(xué)家們當(dāng)時就設(shè)想，這一特性可以在計(jì)算方面得以利用，可以讓量子粒子在不同狀態(tài)下并行地?cái)y帶不同的數(shù)據(jù)，而不是像經(jīng)典計(jì)算機(jī)的比特那樣僅限于1或0。量子比特的想法就此誕生。

理論上，計(jì)算機(jī)利用量子比特可以在短時間內(nèi)解決非常復(fù)雜的問題，因?yàn)椴煌挠?jì)算可以在多個平行的“現(xiàn)實(shí)”中同時進(jìn)行。

芝加哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系助理教授Bill Fefferman表示：“我們基本上從上世紀(jì)90年代初就知道，量子計(jì)算可以解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以解決的問題。雖然這個結(jié)論還只停留在理論層面。但是，原則上如果有那么一天建造了一臺完美的量子計(jì)算機(jī)，這臺量子計(jì)算機(jī)就可以做這些事情。”

而當(dāng)下，我們已經(jīng)可以見到小規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的早期原型——這些系統(tǒng)可以控制少量的量子比特，盡管通常量子比特不超過100個左右。例如，由該領(lǐng)域最突出的投資者之一IBM建造的最強(qiáng)大的量子機(jī)器目前擁有65個量子比特。

量子計(jì)算機(jī)用這么少的量子比特實(shí)際能做的事情非常有限，研究人員估計(jì)，要建立工程師在上世紀(jì)90年代夢想的完美量子系統(tǒng)需要多達(dá)100萬個量子比特，甚至可能更多。但科學(xué)家們?nèi)匀豢梢杂媒裉斓男∫?guī)模機(jī)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用于推測一旦技術(shù)更加先進(jìn)時事情會如何發(fā)展，目前，他們看到的結(jié)果似乎充滿著希望。

例如，化學(xué)工程師預(yù)計(jì)，量子計(jì)算機(jī)將能夠模擬大型復(fù)雜的分子，可以用于預(yù)測最能抵御疾病的組合，從而更快地創(chuàng)造出拯救生命的藥物；銀行巨頭則指望量子系統(tǒng)可以用上基于更多快速變化因素的計(jì)算，進(jìn)而決定買入和賣出哪些最佳股票，以獲得最大的回報(bào)；汽車制造商則在測試量子計(jì)算技術(shù)如何徹底改變電池的設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈的優(yōu)化或密集的城市環(huán)境的交通管理等等。

此外，一些早期實(shí)驗(yàn)還在各領(lǐng)域掀起了熱潮，包括石油和天然氣、物流、網(wǎng)絡(luò)安全、農(nóng)業(yè)甚至天氣預(yù)報(bào)等各個領(lǐng)域。一些專家稱，一旦量子技術(shù)成熟，每個行業(yè)都將徹底改變。

Fefferman表示：“早期實(shí)驗(yàn)表明，量子計(jì)算技術(shù)有望解決一些非常有意思的問題，特別是一些無法用經(jīng)典計(jì)算方法解決的問題。”

顯然，投資者沒用多久就已經(jīng)開始關(guān)注量子計(jì)算技術(shù)。量子計(jì)算行業(yè)蓬勃發(fā)展，實(shí)力雄厚的科技巨頭IBM和谷歌是主要推手，兩家公司是第一批對量子計(jì)算技術(shù)感興趣的大型公司。到現(xiàn)在，亞馬遜和微軟也加入進(jìn)來，都推出了自己的量子項(xiàng)目，加上其余幾十家小一些的公司，量子計(jì)算今年的投資總額達(dá)10.2億美元。

如今，市場上已經(jīng)有近200家量子計(jì)算初創(chuàng)公司，這些公司主要提供量子軟件和硬件的服務(wù)，而一旦量子革命啟動后，它們都有望推動巨大的業(yè)務(wù)改進(jìn)。第一家致力于量子計(jì)算機(jī)的上市公司IonQ今年早些時候宣布了一項(xiàng)20億美元的交易。量子路線圖成倍增加，IBM的量子路線圖為1121量子比特，而PsiQuantum的量子路線圖則計(jì)劃至2025年達(dá)到100萬量子比特的目標(biāo)。

但一些專家現(xiàn)在對這個行業(yè)的可行性表示懷疑。Sabine Hossenfelder是法蘭克福高等研究院的理論物理研究員。對于Hossenfelder來說，量子計(jì)算行業(yè)經(jīng)歷的是泡沫漸顯——可能會對研究造成極大的損害。

Hossenfelder告訴記者：“我的工作屬于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域范疇，從我的角度來看，量子方面所有的早期應(yīng)用都超級令人興奮。但我讀到的很多東西都是沒道理地樂觀。”他表示，“我看到存在的風(fēng)險，所有這些投資者，他們喜歡的想法就是，我們很快就能造出一臺大量子計(jì)算機(jī)，我們可以用它來賺錢，因?yàn)槲覀儠鉀Q所有這些問題——但五年左右后，他們會意識到這些承諾沒有實(shí)現(xiàn)。然后他們就會退出，結(jié)果是即使在研究方面都很難繼續(xù)下去，因?yàn)榕菽眲∥s。”

對Hossenfelder來說，問題的根源主要在于時間。目前最先進(jìn)的技術(shù)也就不到100量子比特，要突破100萬量子比特的大關(guān)是一個巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。不僅僅是成功創(chuàng)造和控制更多的量子比特就“萬事大吉”了：工程師們還必須考慮如何減少所需的空間，減到可以容下運(yùn)行系統(tǒng)所需的所有設(shè)備。目前的量子計(jì)算機(jī)加上機(jī)件和工具可以塞滿幾間房子。因此只是用目前的技術(shù)將設(shè)備擴(kuò)大幾個數(shù)量級的做法根本就不現(xiàn)實(shí)。

Hossenfelder認(rèn)為，在未來幾年里不會找到解決這些問題的所有技術(shù)方案，她認(rèn)為解決這個挑戰(zhàn)的難度可以和一個世紀(jì)前用木材建造現(xiàn)代個人電腦的難度相比。

而且，即使他們可以做到，即使有一個團(tuán)隊(duì)秘密研究出一種新的方法，可以在未來5到10年內(nèi)解決所有現(xiàn)有的瓶頸問題，即便這樣也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能肯定量子計(jì)算機(jī)可以在所有方面擊敗經(jīng)典計(jì)算機(jī)。恰恰相反：量子系統(tǒng)有望在特定的用例（特別是模擬運(yùn)算）中產(chǎn)生巨大變化，但量子計(jì)算機(jī)不太可能很快取代我們目前的筆記本電腦。

Fefferman 表示：“我們必須小心，要以更準(zhǔn)確的方式談?wù)摿孔佑?jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)并不是萬能的，它們不會加快解決所有問題的速度。即使是30年或100年后，完美的量子計(jì)算機(jī)屆時已經(jīng)存在了，某些問題也還是不適合用量子計(jì)算機(jī)解決。”

有種種跡象表明，經(jīng)典計(jì)算機(jī)將繼續(xù)存在，而且仍將被用來完成許多任務(wù)，即便不是大多數(shù)任務(wù)。相比之下，量子計(jì)算機(jī)則會更像是一種特殊用途的設(shè)備，可以在一系列非常具體的問題上得到極端速度提升?？茖W(xué)家們今天正在做的就是試圖找到這些問題到底是什么。

那么，什么是量子計(jì)算行業(yè)的炒作，什么不是呢？Fefferman 表示：“在高層次上回答這個問題，二者之間僅一線之差。”許多研究團(tuán)隊(duì)定下了可行的目標(biāo)，也有許多企業(yè)在開發(fā)可能改變游戲規(guī)則的產(chǎn)品。但是也有很多公司是在搭量子計(jì)算系統(tǒng)的順風(fēng)車，在兜售名為“量子萬金油”的東西。

Fefferman并非是唯一一個警告不要對量子計(jì)算抱不切實(shí)際期望的人。例如計(jì)算機(jī)科學(xué)家Scott Aaronson，也是量子泡沫漸顯的突出批評者，他在他的博客中表示，現(xiàn)在的呼聲來自內(nèi)部，即是說，量子科學(xué)家自己也在擔(dān)心量子領(lǐng)域被過早剎停。

炒作從根本上說對量子計(jì)算并不是件壞事：如果量子計(jì)算最終要離開學(xué)術(shù)界實(shí)現(xiàn)上世紀(jì)90年代誕生的夢想，這個行業(yè)就需要得到商業(yè)資本的青睞。但過快地創(chuàng)造出不可能達(dá)到的期望則是危險的，事實(shí)上，不可能達(dá)到的期望總是危險的。對于在該領(lǐng)域工作的科學(xué)家來說，這只會讓“量子寒冬”的前景變得更加急迫。

總而言之，量子計(jì)算的承諾當(dāng)然是真實(shí)的，但要實(shí)現(xiàn)它則需要耐心和強(qiáng)烈的責(zé)任感。