經(jīng)典計(jì)算不會(huì)消失，但量子技術(shù)有可能會(huì)“攪局”眾多行業(yè)的未來和發(fā)展。如何充分利用兩者之間的不同和各自優(yōu)勢(shì)，將量子的優(yōu)越性最大化呢？
量子計(jì)算的未來前景、可應(yīng)用方向非常廣闊：它能以史無前例的速度來輔助開發(fā)新藥物；它也可以測(cè)算出更為優(yōu)質(zhì)的金融投資組合；它也將開創(chuàng)密碼學(xué)的新紀(jì)元。這是否代表著量子計(jì)算機(jī)將取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)，經(jīng)典計(jì)算機(jī)將徹底失去市場(chǎng)呢？
答案是一定不會(huì)的——經(jīng)典計(jì)算機(jī)必然不會(huì)退出舞臺(tái)。經(jīng)典計(jì)算機(jī)有非常獨(dú)特的特點(diǎn)是量子計(jì)算機(jī)無法做到的。量子計(jì)算并非在所有層面上都全面超過了經(jīng)典計(jì)算，目前只有少量的量子算法明顯優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算。
當(dāng)然，這并不影響量子計(jì)算機(jī)會(huì)在未來幾年內(nèi)改變很多行業(yè)，甚至給部分行業(yè)帶來革命性的變化。但經(jīng)典計(jì)算機(jī)也會(huì)始終存在并發(fā)揮其作用?，F(xiàn)階段，量子計(jì)算機(jī)將更多提供給學(xué)術(shù)界和工業(yè)方面相關(guān)的科研人員或技術(shù)人員使用。那么，哪些情況和問題更適合經(jīng)典計(jì)算機(jī)、哪些又更適合經(jīng)典計(jì)算機(jī)呢？量子和經(jīng)典混合使用可行嗎？
量子計(jì)算機(jī)不會(huì)取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)
量子計(jì)算自上世紀(jì)80年代就存在了，但四十余年光陰過去，至今全世界還只有30多臺(tái)量子設(shè)備。麥肯錫公司最新發(fā)布的報(bào)告顯示，到2030年，全世界甚至可能還沒有5000臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。
量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算有著非常本質(zhì)的區(qū)別。量子計(jì)算機(jī)上的信息以qubit為單位進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，這與經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的“0”和“1”相類似。但是qubit是處在0和1的疊加態(tài)，例如會(huì)有30%的概率處在0態(tài)和70%的概率處在1態(tài)。這種能力使得量子計(jì)算機(jī)非常強(qiáng)大，即一臺(tái)擁有N位元的經(jīng)典計(jì)算機(jī)一次最多只能執(zhí)行N次計(jì)算，而量子計(jì)算機(jī)可以處理2n次的計(jì)算。再舉個(gè)例子說明一下：量子計(jì)算機(jī)并不能像經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣直接給出答案。經(jīng)典計(jì)算機(jī)的工序十分簡(jiǎn)單：輸入、算法處理、輸出。而量子計(jì)算是對(duì)疊加態(tài)進(jìn)行操作，并返回給用戶疊加態(tài)，并非直接得到一個(gè)確切答案，而是對(duì)不同答案進(jìn)行可能性的估計(jì)。
在處理復(fù)雜問題時(shí)，量子計(jì)算將會(huì)非常有用。在復(fù)雜問題中，使用者將會(huì)有許多不同的輸入變量以及復(fù)雜算法。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上，這樣的計(jì)算將會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。量子計(jì)算機(jī)可以縮小可能的輸入變量和問題解決方案的范圍。在完成這一步驟后，通過量子計(jì)算機(jī)提供的輸入范圍，再代入到經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，便可以直接獲得答案。
因此，在幾十年內(nèi)，經(jīng)典計(jì)算機(jī)仍會(huì)發(fā)揮其作用，且還是不可或缺的。人類還是更喜歡一個(gè)確定的答案，而這種確定，目前只能通過經(jīng)典計(jì)算機(jī)獲得。
量子計(jì)算的技術(shù)局限性
量子技術(shù)雖然經(jīng)過40年的研究和工作，但它仍處于起步階段。這當(dāng)然意味著量子計(jì)算在現(xiàn)階段還有一定的局限性，這些局限性也確保了經(jīng)典計(jì)算機(jī)在未來一段時(shí)間內(nèi)依然適用。
制造擁有許多qubit的量子計(jì)算機(jī)是極其困難的。目前世界上的量子計(jì)算機(jī)也是擁有幾十個(gè)qubit。不少世界上的新興初創(chuàng)公司和科技巨頭都承諾正在制造具有數(shù)千個(gè)qubit的計(jì)算機(jī)。然而，具有更多qubit的量子計(jì)算機(jī)連通性往往較低，這意味著qubit之間不能很好地相互通信。連通性的缺失也會(huì)降低系統(tǒng)的整體計(jì)算能力。
并且，量子計(jì)算機(jī)也是會(huì)出錯(cuò)的。計(jì)算誤差的存在是量子系統(tǒng)固有的，且無法避免。這就是為什么會(huì)有大量的資金和人才投入到量子糾錯(cuò)中，開發(fā)出能夠讓機(jī)器注意到自身錯(cuò)誤并加以改正的方法。盡管在這方面已經(jīng)有了一定成效，但量子誤差也不甚可能完全被消除。即使是高精度的量子計(jì)算機(jī)，使用經(jīng)典計(jì)算機(jī)驗(yàn)證最終結(jié)果也是必要的。
等待機(jī)遇
量子計(jì)算技術(shù)的固有限制、糾錯(cuò)等問題綜合起來，就不難理解為什么量子計(jì)算機(jī)在現(xiàn)階段還是難以普及的。但是，在金融、醫(yī)藥和密碼學(xué)等行業(yè)中，即使量子計(jì)算機(jī)解決問題的速度“僅僅”比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快1000倍，但在經(jīng)濟(jì)上依然是非?？尚小⒊杀究煽氐?。
隨著未來量子系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益不斷提高，更多的公司會(huì)陸續(xù)采用量子系統(tǒng)。而在此期間，經(jīng)典計(jì)算機(jī)將會(huì)一直存在并發(fā)揮極其重要的作用。不斷在加入的大型投資也將會(huì)給量子計(jì)算機(jī)的突破帶來動(dòng)力。這將給藥物開發(fā)和密碼學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域帶來革命性的突破。這些可見的重大突破都將為開發(fā)者和投資者們提供部署量子計(jì)算機(jī)的動(dòng)力。
量子計(jì)算機(jī)帶來的蓬勃發(fā)展
當(dāng)然，并不是說所有行業(yè)擁有一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)便可以一勞永逸。麥肯錫公司報(bào)告認(rèn)為，量子計(jì)算可以在四個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的長(zhǎng)期收益。當(dāng)然，經(jīng)典計(jì)算機(jī)也會(huì)在這些領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮其作用，與量子計(jì)算機(jī)形成互補(bǔ)。
1.藥物開發(fā)
藥物分子的計(jì)算模擬是在藥物開發(fā)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。如果可以通過量子計(jì)算來模擬測(cè)算藥物分子，那么將會(huì)大大降低時(shí)間成本。畢竟時(shí)間也是非常重要的一個(gè)成本，很多患者是在用生命等待藥物。就拿蛋白質(zhì)來舉例，蛋白質(zhì)通常有數(shù)千種成分，蛋白質(zhì)在制造的過程中同樣需要在現(xiàn)實(shí)中測(cè)試其特性，當(dāng)今的傳統(tǒng)計(jì)算系統(tǒng)并不能對(duì)它們進(jìn)行精確模擬。量子計(jì)算機(jī)的模擬可以顯著降低這方面的開發(fā)成本，使藥物更快走向市場(chǎng)。當(dāng)然，量子計(jì)算機(jī)通常會(huì)返回一系列的可能性，藥物的最佳分子結(jié)構(gòu)仍然需要用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來確認(rèn)。
2.優(yōu)化問題
工廠中最有效的設(shè)備配置是什么？確保最高運(yùn)輸效率的車輛部署方式是什么？在5年、10年甚至30年內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳回報(bào)的最優(yōu)投資策略是什么？這些都是非常復(fù)雜的問題，答案沒有那么容易給出。甚至有時(shí)你以為得到了最優(yōu)解，但其實(shí)并不是。通過量子計(jì)算機(jī)來測(cè)算，可以縮小可能性的范圍，然后使用經(jīng)典計(jì)算機(jī)獲得最直接的答案。
3.量子人工智能
在剛剛過去的一年里，上百億美元的資金被投入到了自動(dòng)駕駛汽車之中。這個(gè)世界再不缺繁忙的街道，而復(fù)雜的路況何以讓智能汽車隨機(jī)應(yīng)變，確實(shí)也是一個(gè)亟待解決的問題。量子AI可以比當(dāng)前的AI更快測(cè)算出解決方案、更加強(qiáng)大，或許會(huì)讓這個(gè)問題變得更加簡(jiǎn)單一些。然而，由于目前量子人工智能的發(fā)展遠(yuǎn)不如量子計(jì)算模擬或密碼學(xué)，這些優(yōu)勢(shì)可能需要在十年之后才可以成為現(xiàn)實(shí)。雖然現(xiàn)在預(yù)測(cè)可能還為時(shí)過早，但未來幾十年內(nèi)人工智能的量子化也一定是必然的。
4.密碼學(xué)
當(dāng)今的安全協(xié)議，依賴于隨機(jī)數(shù)和復(fù)雜的數(shù)字因式。經(jīng)典計(jì)算機(jī)可以計(jì)算這些數(shù)字來生成密碼，但很少去破解密碼。但幾年后，量子計(jì)算機(jī)或許會(huì)發(fā)展到非常強(qiáng)大的地步，以破解任何密碼。這就是研究人員致力于開發(fā)新的量子安全密碼學(xué)的原因。量子技術(shù)在這個(gè)層面上或許是一把雙刃劍，從某種意義上來說，它不僅能夠破解每個(gè)密碼，同樣也可以生成新的、不可破解的加密密鑰。
為量子的未來做準(zhǔn)備
谷歌、IBM還有許多致力于量子領(lǐng)域的初創(chuàng)公司都寄希望于每年將量子計(jì)算的能力翻一番。并且，像巴克萊、巴斯夫、寶馬、陶氏、美孚這些世界級(jí)跨國(guó)公司都有了自己的量子戰(zhàn)略布局。
雖然并不是行行業(yè)業(yè)都可以在這場(chǎng)新興的量子計(jì)算機(jī)發(fā)展中迅速獲益，但不想被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手拋在腦后，這些大企業(yè)都已經(jīng)開始了自己在量子領(lǐng)域上的腳步。以上大型企業(yè)在自己內(nèi)部建立了一支量子人才團(tuán)隊(duì)進(jìn)行自己的量子計(jì)劃。還有一些公司與專門開發(fā)量子技術(shù)的公司進(jìn)行合作，來完成他們的量子戰(zhàn)略。
當(dāng)然，經(jīng)典計(jì)算機(jī)并不會(huì)從這些企業(yè)中消失。量子計(jì)算機(jī)需要在現(xiàn)階段與經(jīng)典計(jì)算機(jī)相配合，才能更好地發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)。量子計(jì)算不會(huì)那么快地接管世界，但是會(huì)通過與經(jīng)典計(jì)算機(jī)的充分合作，在未來一二十年中改變這個(gè)世界上的很多東西。
我國(guó)目前在量子計(jì)算領(lǐng)域已經(jīng)走到了世界前列，期待我國(guó)的科研人員能加快研究腳步，為我國(guó)的量子領(lǐng)域發(fā)展做出貢獻(xiàn)！
