下一个前沿技术——量子计算？

本文转自：解放日报

下一个前沿技术——量子计算？

鉴于其巨大潜力，一场激烈的“量子竞赛”在全球展开

廖勤

本报记者 廖勤

就在人工智能（AI）受到“万千宠爱”之际，全球科学家、政治领袖、企业巨头的目光已默默投向下一个前沿技术——量子计算。它被视为AI之后具有转折点意义的革命性技术，一场围绕量子计算的全球竞赛正在进行。

“快进”发展态势

什么是量子计算？它为何能被视为AI之后最具颠覆性的技术？

简单来说，量子计算是利用量子力学原理，通过量子比特（也称量子位）来处理数据和信息。

相比经典计算机——笔记本电脑、台式机甚至超级计算机等，基于量子计算创造的量子计算机有望解决更复杂的问题。因为量子位可同时以“0”和“1”的状态来处理和存储信息，而经典计算机所依赖的二进制位不能同时兼具0和1的形式。

“兼顾两头”的优势使得量子计算机可以同时进行多种计算，并且能够以指数级速度处理数据和信息。而且，计算任务越复杂，量子计算的优势就越突出。

南加州大学工程学教授丹尼尔·利达尔解释道，量子计算机擅长并行计算，即同时执行许多计算。而这种计算方式通常需要多台经典计算机“协同操作”才能实现。

利达尔补充说，量子计算机还可以在几小时内破解网络密钥，而经典计算机可能需要几十亿年才能完成同样的任务。

众所周知，ChatGPT的问世引爆人工智能新时代，显示生成式人工智能的飞速发展。在科学家眼中，代表计算技术革命性飞跃的量子计算也会迎来相似的发展历程。

香港大学量子信息与计算机科学系教授朱力欧·克贝拉说，AI的“快进”态势可能很快就会出现在量子计算领域。克贝拉表示，量子计算机有望代表“本世纪最引人注目的科技成就之一”，它将成为彰显人类智慧的里程碑。

赋能千行百业

当今世界，在各种尖端技术中，人工智能与量子计算被公认为最具颠覆性的两大技术。两者结合更被认为将带来颠覆性的创新，包括可能催生更强大的人工智能，加快“奇点”的到来。

谷歌首席执行官皮查伊曾说过，人工智能与量子计算可以相互赋能，加速彼此发展。两者“合作”的成就堪比列侬和麦卡特尼联手为流行音乐所作的贡献。

对人工智能来说，量子计算被形容为“火箭燃料”，将给AI发展带来重大突破。

一方面，它能加速人工智能模型的训练和推理过程，大大提升AI自我学习以及解决复杂问题的速度与能力。另一方面，量子计算还能帮助破解AI算力瓶颈。

业界普遍认为，算力能级决定了生成式AI发展的前途。而量子计算可以弥补AI算力不足的缺陷。因为AI领域的算法大部分属于并行计算的范畴，而这恰恰是量子计算的长处。

量子计算不仅可以赋能AI，还能与其他更广泛的行业融合，形成“量子计算+”。咨询公司麦肯锡在去年一份报告中确定了四个最有可能收获量子计算早期红利的行业：汽车、化工、金融服务和生命科学。

当前，一些车企已经开始与量子计算领域的“先驱”合作。

比如，戴姆勒正与IBM展开合作，大众汽车联手加拿大量子计算公司D-Wave Systems，现代汽车与美国量子计算公司IonQ结为合作伙伴。

IonQ联合创始人兼首席技术官金俊生（音译）说，量子计算有助于改进电池技术，其优越性将大大超越化石燃料，也能真正帮助遏制全球变暖。

量子计算的“黄金前景”不止于此，它还能助力医疗保健、药物研发、通信、环保、物流等各领域的发展。

以医疗领域为例，量子计算可以加速处理和分析医学数据，为治疗癌症及个性化医疗提供支持。同时，通过模拟分子结构和化学反应，量子计算还能加速药物研发过程。

去年，美国生物技术公司莫德纳宣布与IBM合作，将利用后者的量子计算和生成式AI技术来推进信使核糖核酸疫苗和疗法。

开发前景复杂

被量子计算蕴藏的巨大潜力所吸引，一场激烈的“量子竞赛”也在全球范围展开。各国政府和企业在量子计算领域都投入了巨大资金和人力。

不过，专家表示，尽管量子计算已在实验室中显现巨大潜力，但是距离现实场景的应用还有很长一段路要走。

比如，研制一台功能齐全的量子计算机就是一项异常艰巨的任务。

因为量子位本质上相当脆弱，极易受到温度、噪音或电磁场变化的影响。一旦受到环境影响，量子位就会陷入“退相干”状态，即丧失量子相干性，从而限制量子计算的速度和效率。

这些都使得硬件开发面临复杂局面，后续运行维护成本也会相当高昂。

此外，量子计算也会带来安全挑战，尤其是网络安全威胁。因为量子计算可以攻克数据加密技术。不过，也有观点指出，未来量子计算机生成的新型密钥可能比当前加密技术更安全。

分析人士认为，总体来看，尽管在硬件稳定性、网络安全等方面存在挑战，但量子计算仍在蓬勃发展。作为一种开创性技术，未来，量子计算结合人工智能，有望为人类打开一个全新世界。