量子竞赛下一步：在应用中体现量子优势
（图片来源：网络）
为量子计算寻找实际应用场景的竞赛正在进行中。量子计算技术的终极潜力如此巨大，相比之下，目前诉诸应用似乎还不值一提。但相关人士认为，这一里程碑将在近两年内实现，由此在行业中引发了竞争的热潮。
自物理学家理查德·费曼 (Richard Feynman)在1982年首次概述如何利用量子力学的特性以彻底改变计算以来，人们的大部分注意力都集中在量子计算系统超越经典计算系统上，即实现所谓的量子霸权。
两年前，谷歌宣称首次实现了量子霸权。然而，这一成果并没有解决实际问题——即解决经典计算机无法解决的实际计算问题。并且IBM和其他研究机构和公司随后很快地证明了，经典计算机通过算法的改进，足以赶上谷歌所实现的量子计算的性能优势。
自此，越来越多的研究人员将注意力从量子霸权转移到了一些较为可能实现的事情上：利用量子计算去加速解决实际的计算问题。
2021年，第一家美股量子计算上市公司IonQ首席执行官peter chapman预测，伴随量子落地第一个应用，将正式开启量子计算时代。正如1979年世界第一套电子表格软件VisiCalc的出现，代表着“PC可用于商业”并由此开启了PC计算时代。
量子软件公司QC Ware首席执行官Matt Johnson表示，近几个月来，为量子计算技术寻找实际应用前景成为行业热点，并引发了激烈的竞争。“我们面临的挑战是，率先帮助企业客户获得量子加速。”
2021年量子硬件系统改进取得的进展以及对未来两年系统的预期计划，推动了行业方向的转变。
据麻省理工学院教授Will Oliver称，在过去两年中量子计算硬件发展取得了10倍的进步。在2021Q2B 实用量子计算会议上，Will Oliver还表示，这给行业提出了一个新问题：它是否正在接近“量子算法商业化”？
当前的通用量子计算还处于被称为NISQ（嘈杂的中型量子）时代，即量子比特数量有限、量子相干时间仅几微秒，计算过程中容易发生错误或“噪音”。然而据相关技术人员称，当前的通用量子计算机已能够为解决现实问题带来一些进步，可能很微小，但很重要。
2021年11月，IBM发布了127个量子比特的处理以及发展路线图。该公司表示在近两年内会将量子比特数扩展到1000以上。
“在未来两年内展示实际量子优势的能力是可能的，”IBM 研究院院长Dario Gil同时还承认，能否克服接下来的技术挑战“是一个悬而未决的问题”。但随着硬件的进步和算法的改进，能够帮助当前通用量子计算系统把将噪声降低到有用水平。
越来越多的公司开始向这一路线靠近。Rigetti Computing是一家通过SPAC上市的量子计算初创公司，该公司于2021年12月发布了一个80量子比特处理器，该系统基于一种新的模块化设计，由两个40量子比特芯片组成。
Rigetti Computing首席执行官Chad Rigetti表示，“采用这种新架构，我们将在2024 年集成大约1000 个量子比特，到2026年实现4000量子比特。我们希望这些系统能够带领我们跨越狭隘和广泛的量子优势间的鸿沟。”虽然最新的硬件本身并不支持突破性的应用程序，但却将为研究人员提供更强大的工具——加速相关人员对如何进行实际系统编程的理解。
IBM表示，目前已为包括众多公司在内的170个组织提供了27个IBM量子系统用于开展研究。
“在速度、规模和性能方面，我们的机器目前已能够进行编码实际问题，而不是抽象的模型实例，”Chad Rigetti说，把这些机器应用于实际问题中，将推动研究人员们首次真正认识到如何落地量子优势。
据该领域的专家称，普遍预期量子计算机的一个用途是模拟复杂分子，为药物发现和新电池技术等领域的突破开辟道路。但这可能超出了第一个实用量子系统的工作能力。Quantinuum 的首席执行官Ilyas Khan表示，除非“灵光乍现”，否则至少需要三年时间才能推出能够进行此类模拟的量子计算机。
Ilyas Khan等人表示，在短期内，更多注意力转向将量子系统与经典计算融合去改进机器学习领域的研究。Rigetti说，在机器学习领域已经拥有了庞大数据集以及更大规模和复杂的问题，这为进行量子突破做好了准备。
在设计更高效的量子算法方面，最近的工作主要集中在解决优化问题以及大型数据集筛选等，这些技术可用于更好地进行天气预测或金融欺诈识别。例如，高盛银行致力于使用量子技术以优化期权定价工作，大众汽车则将其用于优化制造流程。
量子计算公司，亦或是探索该技术应用的银行、制药企业、制造商等，都在争取实现量子计算的早期实际应用落地，毋庸置疑的是，这场竞赛已经开始。
文：Kanchan Sharma
编译：李每
编辑：王衍
注：本文编译自“Swift Headline”，不代表量子前哨观点。
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