轉載：華爾街日報
【寫在開頭】
正文
微軟和谷歌在量子計算方面取得的突破為數十年來超強量子計算方面的研究注入了新的興奮情緒。
微軟(Microsoft)和谷歌(Google)最近各自發布了引人注目的公告，為數十年來超強量子計算方面的研究注入了新的興奮情緒。
微軟的研究人員週三公佈了一種量子計算方法，該公司稱該方法涉及創造一種新的物質狀態。此前，谷歌在去年12月稱在量子晶片設計方面取得突破。
這兩項進展都引發了量子相關股票飆升，投資者押注這些進展可以加速開發一類新的計算機，有望用於藥物發現等用途。
儘管如此，量子計算仍處於相對初級階段。少數初創企業和大型科技公司正在研究量子計算，但行業專家表示，實用且強大的量子計算機要廣泛普及可能還需要數年時間。
什麼是量子計算？
普通計算機實際上使用開關來進行計算。這些開關的不同排列（稱為“位元”）代表不同的值。它們告訴你的電腦或手機在螢幕上顯示什麼，或者一個數學問題的正確結果是什麼。
過去半個世紀裡，計算機工作的位元數以及它們的計算能力都大幅增長。但量子計算機一旦出現，有望將某些型別計算的能力提高到基於二進位制的裝置完全無法企及的水平。
位元和量子位元有何不同
傳統計算機使用電子電路將資訊儲存在位元中，位元表示為0或1，依據電流是否流動來編碼。而量子計算機則使用量子位元。透過雷射或微波脈衝將電子等粒子置於“疊加態”。在疊加態中，量子位元處於0和1兩種狀態。由於量子位元有三個量子維度，物理學家通常使用球面上的點來表示它們。
量子計算機使用一種不同的位元，即“量子位元”，它可以是開、關，或介於兩者之間的某個狀態，即兩者的組合。這使得一個量子位元可以包含比一個普通位元更多的資訊，而擁有許多量子位元的計算機可以指數級地增加資訊量，這開闢了一系列新的計算可能性。
微軟執行長薩蒂亞·納德拉(Satya Nadella)週三在社交媒體上發帖稱：“想象一下，一塊可以放在手掌上的晶片能解決當今地球上所有計算機加起來都無法解決的問題！”。
為何意義重大？
如果量子計算行業的夢想得以實現，量子計算機將能夠快速完成傳統計算機需要花費億萬年才能完成的計算。谷歌去年12月釋出自己的量子晶片時表示，該晶片在5分鐘內完成了一項計算，而如果使用當今最好的超級計算機之一，這項計算需要10萬億年才能完成（這是一個10後面跟著24個0）。
一臺超強量子計算機能夠以前所未有的精度和速度對物理世界進行復雜的模擬。該行業的投資者表示，這可能會帶來效能更好的電池、更高效的化工生產和新藥等成果。理論上，一臺強大的量子計算機還可以突破當今許多資料加密技術。
為什麼量子計算機解決問題的速度更快
量子計算機在最佳化問題上比傳統計算機更快，比如尋找供應鏈的更高效選項。
量子計算機會破解我的密碼嗎？
也許吧。該領域已取得了足夠的進展，一些公司已經在為量子計算有朝一日能夠破解傳統加密方法做準備。就連蘋果公司(Apple)也為後量子時代準備了iMessage。這在一定程度上是基於這樣一種預期，即可以儲存加密資料，以便在未來使用量子計算來破解它。
政府已著手用後量子演算法取代當前的加密形式，這對國家安全至關重要。儘管做了準備，但這並不是很快就會發生的事情。例如，研究人員表示，一臺強大到足以破解比特幣的量子裝置可能還需要10年甚至更長時間。
有哪些挑戰？
幾十年來，多家公司一直在逐步攻克量子計算的挑戰。目前的興奮點在於真正的新進展與一種人們期待突然出現類似ChatGPT時刻的環境的結合，這種時刻可能會像過去兩年人工智慧(AI)所做的那樣，引發量子計算的繁榮。
但這也證明了量子技術中仍然存在理論元素，以至於專家們不確定這些突破是否意味著商業可行的量子計算機將在幾年內出現，還是仍需10年或更長時間。
2019 年，谷歌執行長皮採與研究科學家Daniel Sank在谷歌的一臺量子計算機旁。圖片來源：REUTERS
實現量子計算的困難是多方面的。首先，在許多量子計算機中，量子位元需要在接近絕對零度的溫度下執行，即低於負400華氏度。
擴大量子計算機的規模也會變得非常複雜。
所有計算機晶片都會出現需要檢查和修復的錯誤，但修復大量量子位元的錯誤一直是一項尤其棘手的挑戰。包括谷歌在內的一些最新進展聲稱解決了這個問題，但這或許仍然是該行業最艱鉅的問題。微軟表示，其量子晶片的錯誤機率很低，並已“確定了進一步降低錯誤的明確途徑”。
什麼是拓撲導體？
微軟表示，為了製造量子晶片，其研究人員創造了世界上第一個“拓撲導體”。微軟表示，這種拓撲導體利用了一種被稱為“拓撲超導”的物質狀態，這種狀態以前只存在於理論中。
技術細節很複雜，涉及到冷卻到接近絕對零度並用磁場進行調節的超細導線。但微軟表示，其名為Majorana 1的量子晶片旨在在單個晶片上擴充套件到100萬個量子位元。這是一個巨大的數字：當今最先進的量子計算機只有數千個量子位元。
哪些公司正在探索量子計算？
探索量子計算的科技公司包括谷歌、微軟和IBM，後者在大約10年前幫助開創了這個行業。這些公司的投資和研究工作跨越數十年，也經歷了數任執行長——對於一項沒有可預見回報的技術來說，此舉相對罕見。有許多規模較小的公司正在開發此類計算機或相關技術，比如軟體和相關演算法。
現在有幾家上市的量子計算相關公司：IonQ(IONQ)、Quantum Computing(QUBT)、D-Wave Quantum(QBTS)和Rigetti Computing(RGTI)。在微軟宣佈突破性進展後，其中許多公司的股價都出現了上漲。D-Wave週四午盤上漲逾7%，Rigetti上漲近4%。
然而，這些公司的股價可能會出現波動。上個月，英偉達(Nvidia)執行長黃仁勳(Jensen Huang)淡化了該技術在短期內的實用性，導致相關公司的股價大幅下跌。
“如果你說15年內會出現非常有用的量子計算機，那可能是比較樂觀的估計。如果你說30年，那可能就是比較保守的估計了”，黃仁勳說。
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作者：Asa Fitch，轉載：華爾街日報。版權歸屬作者/原載媒體。
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