傳統計算機的終結者——量子計算已開始加速商業化

考慮三個問題：全球1%的能源用來生產化肥；太陽能光伏板不足以為大多數家庭提供所有的用電需求；股票投資就像是玩俄羅斯輪盤賭。

這些看上去完全不同的問題可以通過同一個工具來解決-這個工具就是量子計算。

量子計算使用超導粒子來完成各種任務，長期以來在科學界被認為是頂尖學術，而普通老百姓就更難以接觸和理解了，但是這一現象在迅速改變。

IBM公司在去年發布了量子經驗（QuantumExperience）這種基於雲系統之上的量子計算服務，向商業化邁出了堅實的一步。

通過量子計算，科學家和研究者可以不再通過買入昂貴的量子系統來進行試驗。

在今年3月份，IBM公司將去年的量子經驗進行了提升，並命名為IBM Q，這是全球首款可以投入商業用途的雲量子計算系統。

現在，那些大公司可以在紐約購買IBM量子計算機的使用時間，IBM公司還沒有公布具體的使用日期和使用價格。

據技術市場觀察者認為，IBM的價格可能是那些小公司在經濟上無法承受的。

美國勞倫斯•伯克利國家實驗室（LawrenceBerkeley National Laboratory）計算科學院教授亞勞德•麥克蘭（JarrodMcClean）認為IMB公司的信息發布非常讓人興奮，因為傳統上對量子計算的商業化運作估計要十多年以後，而在去年一些專家估計量子計算的商業化運作可能要在5-40年以後才能實現。

但是現在量子計算的商業化確實來到了，而量子計算的潛在應用可能會根本改變製藥公司研發藥物的過程，物流公司的運輸安排和對沖基金經理們在股票市場上的操作策略。

量子計算的應用領域還不只是這些。

量子計算和傳統計算的差別就像是一個算盤和蘋果電腦的差別那麼大。

IBM系統副總裁和量子計算首席信息官斯科特•克勞德（Scott Crowder）說到：「傳統的計算機發明在上世紀40年代以前，而當初的計算機和現在的完全不一樣了，而量子計算機就是傳統計算機的終結者」。

組成量子計算機的主要部件是量子比特（qubits），從量化工程學的角度解釋就是可以比傳統依靠晶元的計算機運算更快，而實際上這兩者就像飛機和跑車這兩個不在同一等級上的對手，二者是無法進行比較的。

傳統計算機仍能在某些方面做的較好，但是量子計算機的優勢是傳統計算機無法比擬的，這是兩者的區別。

要解釋量子比特是如何工作的就需要了解量子力學，這不是由我們日常生活中每天都接觸到的傳統物理學理論能解釋的。

量子糾纏和量子疊加是非常重要的，這些概念挑戰常識性認知，可以在非常小的環境下發生作用。

從技術上來說，量子比特在同一時間可以有兩種不同的工作方式。傳統的計算機依靠二進位來計算步驟，但是量子比特可以同時是0和1。

量子糾纏是量化的專有特性，它可以使兩個不同的量子比特的特點交織在一起，這就使更多的運算成為可能。

在傳統計算機上需要人類一生來進行的運算在量子計算機中只需要幾天或者幾個小時而已。

IBM公司量子計算部的工程師傑瑞•周（Jerry Chow）認為，量子計算機最終將成為有史以來世界上最快的超級計算機。

人類目前還沒有到達這個程度，但是量子計算會達到一個能解決目前計算機不能解決的問題的程度。

他還說到IBM計劃在幾年內建立一個50位量子比特系統。而谷歌也定下目標在2017年底之前建立一個49位的量子比特系統。

目前還有一些科學家對IBM量子計算進入商業市場應用表示懷疑。

斯坦福大學物理系教授山本義久（Yoshihisa Yamamoto）說到：「我覺得IBM量子計算機在真正商業化從而改變人們日常生活之前還有很長的路要走。」

加州理工學院計算機和數學系的助理教授托馬斯•韋迪克（ Thomas Vidick）也認為IBM量子計算機的商業化似乎「過於提前」，在商業應用成為主流之前還有10到20年的時間。

他說到：「這些量子計算機是很大的機器，但是很難控制。在將人類想解決的問題轉換成機器能解決的問題中間要有一個過渡。」

儘管對量子計算有很多懷疑，很多研究者堅定認為，在目前的系統和常規的計算機不能解決問題時，是在軟體層面上進行突破的時候了。

加拿大安大略大學量子計算學院的創始人米切爾•莫斯卡（Michele Mosca）說到：「一旦大規模的量子計算機建立起來並應用在重要的設計和優化之中時，人們的日常生活就會受到影響併發生改變。」

美國有一家創業公司，叫D-Wave系統公司，是一家生產和銷售量子比特系統的公司。

這家公司的系統與IBM和其它公司的量子計算機不同。D-Wave系統公司的計算機被稱為量化退火爐（quantum annealer）,這個系統目前只能對問題進行優化。

但是這也給市場帶來了很大震動，科學家對量化退火爐能否最終超過傳統的計算機討論的熱火朝天。

但是不管如何，這種類型的量子計算機能進行量子分析問題，而目前還沒有比它好的系統。

實際應用：

是什麼樣的複雜問題需要量子計算機來處理呢？

以化肥生產為例，化肥生產對電力的消耗很大，全球大規模化肥生產消耗了全部能源供給的1%-2%，在生產的過程中需要一種生化酶在室溫環境下來固定氮的藍細菌，這就需要化肥行業比其它工業部門能源的消耗更有效，而這對傳統系統是非常大的挑戰。

量子計算機可以揭示生化酶的秘密，這樣研究者就可以合成一種新的過程來控制生化酶，計算生化酶在何種環境中更有效，從而節省大量的化肥生產的能源成本。

製藥業也會從中受益。麥克蘭認為制約製藥行業發展的一個環節就是生產很便宜的藥品過程中需要電子科學結構的介入。

除了那些基於氫分子的最簡單結構，原子和次原子運動需要進行計算機模擬，如果想完成這些工作就不能依靠傳統的計算機來完成，傳統計算機的結果往往是錯誤的。

掌握了藥品中的原子是如何反應的和製藥發展過程中什麼樣的催化劑更有效，就會極大地加速製藥業的發展，並降低藥品價格。

在金融中，量子計算也會得到很好的應用。

在勞倫斯•伯克利國家實驗室的計算研究系的教授馬克斯•普拉多（Marcos López de Prado）說到：「要創立一個帶有人工智慧性質的能適應市場變化的投資組合，或者在多種變數條件下進行模擬是量子計算理想的問題解決方式，而目前的傳統計算機還不夠先進到來完成這種任務。因為傳統計算機分析出來的最優方案在第二天可能就不是最優的方案了，而通過傳統計算機不斷研究最優方案的成本太大了，是不實用的。」

而量子計算可以每天甚至是每分鐘來不停地對投資組合進行優化，這不是傳統的計算機能做到的。

普拉多本人也是古根海姆合伙人公司（ Guggenheim Partners）的執行主任，他一針見血地指出：「通過量子計算機，我們就不用去聽那些投資大師的分析或者通過看財經媒體報導來跟隨華爾街的腳步了，這是一種在投資中用科學代替猜測的工具。」

量子計算大規模應用於商業是一個美好的願景。但是專家們普遍達成一致見解就是量子計算在優化方面是切實而且是有價值的。

運用量子計算設計程序可以使商業運作更快、更有效、更經濟，而這一點正是給無數產業帶來革命性變革的契機。

例如，量子計算機可以用來組織貨運卡車路線，這樣那些節日禮品的配送就可以在節日之前到達客戶手中。

量子計算也可以自動翻譯，這樣國際交往的業務中就不會因為翻譯彼此的電子郵件而有太多的耽擱。麥克蘭說到：「基於量子計算基礎上的優化是改變各行各業的基因」。

將來有一天，量子可以更宏觀地用於優化各國的經濟政策。

就像傳統計算機剛開始出現在市場上一樣，那些能支付計算機的少部分公司先行一步從而取得了競爭發展中的大優勢，而將來那些首先能支付並應用量子計算機的公司同樣會取得戰略優勢。

例如，如果只是幾家有前瞻性的投資公司使用量子計算機來安排組合投資，那麼市場上的其它公司可能就會受損。

但是量子計算什麼時候能成為主流，而在所有投資公司都採用量子計算來指導投資后，這種戰略不利就會消失，總之，未來人們需要更多地依靠科學而不是市場中的流言。