量子計算爲何還未真正實現

從當前的發展態勢來看，量子計算很可能成爲中期內最具顛覆性的技術之一。

原因在於：通過利用量子糾纏和疊加等奇特現象，在亞原子層面上利用物質的特性，可以大大加快某些類型的計算速度。

這些計算包括：

- 在海量數據集中識別模式 - 解決涉及多個變量的複雜優化問題 - 用於編碼和解碼信息的密碼加密

人工智能、藥物和材料研發、網絡安全等關鍵現實問題的解決都依賴於這些計算。因此，量子計算的影響力可能會非常巨大。

不過，也有人認爲真正實用的量子計算還需要很長時間。Nvidia CEO Jensen Huang 最近的觀點導致量子計算供應商的股價出現小幅下跌。他認爲"真正實用的量子計算機"可能還需要 30 年時間。

另一方面，證據表明量子計算的可訪問性正在提高。大多數大型雲服務提供商 (如 Google、Amazon、Microsoft) 都提供量子計算即服務，同時還有包括 D-Wave 和 IonQ 在內的衆多初創企業和顛覆者不斷涌現。

那麼，今天可用的量子計算與未來真正實用的量子計算之間有什麼區別呢？

當今的量子計算機 - NISQ 時代

儘管是了不起的工程壯舉，但當今的量子計算機仍存在諸多限制。因此，當前的量子計算時代被稱爲嘈雜中等規模量子 (NISQ) 時代。雖然不斷有改進和突破，但目前可用的系統存在容錯率低、量子比特退相干導致的高錯誤率以及對干擾極度敏感等問題。

大多數系統仍依賴經典計算架構來處理許多任務，這造成了速度瓶頸。

雖然當今最強大的量子計算機擁有約 1,000 個量子比特，但有預測認爲解決高級問題可能需要數十萬甚至數百萬量子比特的規模。

增加新的量子比特並不像聽起來那麼容易。實際上，這是一個極其複雜的工程問題，因爲量子比特必須與外界隔離以防止退相干，而且必須冷卻到接近絕對零度的百萬分之一度。

簡而言之，今天的技術主要是實驗性的、概念驗證性的或原型性的。雖然它們在不斷改進，但還不是工業應用所需的可擴展、穩健系統。

邁向量子優越性

儘管仍面臨重大挑戰，但近年來已取得了一些重大進展。

Google 最近宣佈，通過將多個量子比特組合成邏輯量子比特，他們開發出了提高量子計算容錯率的革命性方法。

光子量子比特和離子阱量子比特等新型量子比特在提高穩定性方面也顯示出了前景。

在室溫量子比特的開發方面也取得了突破，這可能會消除超低溫製冷的成本。

在建設量子計算真正可用時所需的基礎設施方面也在持續推進。

這包括創建像 Microsoft Q#、IBM Qiskit 或開源 PennyLane 這樣的量子編程語言以及操作系統。

Microsoft 最近宣佈在 Majorana 1（世界首個拓撲量子比特處理器）方面取得突破。該處理器使用全新的物質狀態來大幅提高量子比特的穩定性和可擴展性——有望在單個芯片上集成超過 100 萬個量子比特，這是向實用量子計算邁出的重要一步。

在培養能夠充分利用量子計算的人才方面也仍然存在挑戰。這將需要在教育、技能和培訓方面進行大量投入。

所以我們正在朝着量子優越性（量子計算機能夠解決經典計算機無法解決的問題）的方向前進。

雖然"真正的"量子計算可能不會立即出現，但我認爲用不了多久我們就能看到它在我們的生活中產生影響。