量子計(jì)算會(huì)給我們帶來什么

謝慈銘

歷史似乎正在重演。幾年前，當(dāng)人工智能（AI）剛開始進(jìn)入我們的日常商業(yè)對(duì)話時(shí)，人們對(duì)它能為企業(yè)實(shí)現(xiàn)什么，以及不能實(shí)現(xiàn)什么有很多困惑。

說到量子計(jì)算，我們正處于一個(gè)類似的時(shí)間點(diǎn)。人們對(duì)其潛力的興趣正在迅速升溫，但就像處于類似發(fā)展階段的人工智能一樣，量子技術(shù)似乎籠罩在神秘的面紗中。雖然關(guān)于量子技術(shù)的公開信息浩如煙海，但對(duì)于那些想要大致了解量子計(jì)算以及量子計(jì)算在不久的將來對(duì)其業(yè)務(wù)可能會(huì)有什么影響的人來說，簡(jiǎn)短的入門介紹不失為有用的參考。

量子計(jì)算和經(jīng)典計(jì)算

限于篇幅，本文不能詳細(xì)解釋量子計(jì)算，但可以通過類比來說明。想象我們要通過一個(gè)二維的迷宮。一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)必須運(yùn)行一條又一條的路徑，直至找到出口。比方說，一共有256條可能的路徑，計(jì)算機(jī)將不得不依次嘗試每條路徑。相比之下，量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行所有路徑。關(guān)鍵是，量子計(jì)算不僅處理信息的速度以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，而且還可以同時(shí)處理更大范圍的變量。

這就是該技術(shù)的標(biāo)志性量子特性發(fā)揮作用的地方。經(jīng)典計(jì)算機(jī)使用比特（bit），即二進(jìn)制數(shù)字，l或0。然而，量子計(jì)算使用的是量子比特（qubit），可以是1或0，也可以是同時(shí)包含1和0的“量子疊加”。這對(duì)于量子計(jì)算機(jī)處理復(fù)雜計(jì)算的速度而言是革命性的發(fā)展。

然而，在目前的發(fā)展階段，量子計(jì)算機(jī)的硬件非常“脆弱”，只能在特定的條件下才能正常工作。量子計(jì)算機(jī)要達(dá)到商業(yè)規(guī)模還需要數(shù)年的時(shí)間。至少在可預(yù)見的未來，新的量子計(jì)算設(shè)備將與傳統(tǒng)機(jī)器建立的管路系統(tǒng)協(xié)同工作。不久的將來，人們可能會(huì)混合采用量子計(jì)算和經(jīng)典計(jì)算，而不是只選擇其中之一。

量子計(jì)算對(duì)企業(yè)的影響

預(yù)計(jì)在不久的將來，量子計(jì)算將在三個(gè)重要領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。

加密 網(wǎng)絡(luò)安全可能是量子計(jì)算帶來的潛在顛覆性影響中被討論最多的一個(gè)。原因是：量子計(jì)算處理數(shù)學(xué)問題的方式使其有可能破解我們今天所依賴的各種形式的加密技術(shù)，這一點(diǎn)早在1994年就被科學(xué)家證明。盡管量子機(jī)器還沒有破解當(dāng)今的加密技術(shù)，但隨著越來越強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)的上線，這種威脅正變得越來越真實(shí)和迫切。鑒于網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)企業(yè)的重要性，這可能會(huì)產(chǎn)生重大影響。

模擬 對(duì)于制藥公司而言，藥物開發(fā)是一個(gè)漫長(zhǎng)、復(fù)雜、成本高昂的過程，而且往往是偶然和運(yùn)氣的結(jié)果。而有了量子計(jì)算加持的化學(xué)工程模擬，能讓科學(xué)家更好地了解分子結(jié)構(gòu)和特性，從而更容易選擇和合成正確的藥物分子。事實(shí)上，模擬也使他們能夠在不需要實(shí)際合成的情況下做到這一點(diǎn)。這可以降低研發(fā)成本，縮短藥物開發(fā)的時(shí)間。

優(yōu)化 量子計(jì)算可以考慮一個(gè)問題所有可能的解決方案，這使它尤為擅長(zhǎng)解決優(yōu)化方面的問題，如收入最大化或成本最小化——特別是當(dāng)有很多限制條件和變量時(shí)?？梢詮膬?yōu)化中受益的領(lǐng)域有很多，比如供應(yīng)鏈管理、交通管理、電路設(shè)計(jì)、包裹運(yùn)送、火車調(diào)度和投資組合。

我們的現(xiàn)狀

根據(jù)最近的一項(xiàng)調(diào)查，有48%的英國(guó)大型公司的技術(shù)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，到2025年，量子計(jì)算將在他們的行業(yè)發(fā)揮重要的商業(yè)作用（《2022年安永量子準(zhǔn)備度調(diào)查》）。事實(shí)上，他們中的許多人認(rèn)為有必要在未來兩年內(nèi)確定相應(yīng)證據(jù)和戰(zhàn)略，因?yàn)樗麄兠鞔_預(yù)期未來三到五年，量子計(jì)算將給他們的業(yè)務(wù)帶來巨大改變。

然而，這種想法可能過于樂觀。正如人工智能的發(fā)展歷程所揭示的那樣，很少有公司會(huì)急于采用新技術(shù)，無論它可能帶來多大好處——因?yàn)樵诠具\(yùn)營(yíng)中完全采用新技術(shù)通常會(huì)帶來重大挑戰(zhàn)，比如技術(shù)問題、信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施問題，乃至一些更普遍的障礙，比如預(yù)算限制、技術(shù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。歸根結(jié)底，實(shí)用主義往往會(huì)壓倒一時(shí)的熱情。

對(duì)社會(huì)的影響

盡管距離量子計(jì)算大規(guī)模應(yīng)用可能還有多年的時(shí)間，但是我們需要開始考慮其潛在的社會(huì)影響。

將量子計(jì)算用于優(yōu)化道路交通、旅行路線選擇和供應(yīng)鏈運(yùn)作等復(fù)雜問題，可以大幅降低碳排放。它在模擬方面的作用也會(huì)縮短藥物開發(fā)的時(shí)間，這也許可以幫助我們?cè)谖磥響?yīng)對(duì)一些大流行病，或克服抗生素耐藥性的問題。

將量子計(jì)算用于制藥，通過識(shí)別新的化合物和模擬藥物在人體內(nèi)復(fù)雜的相互作用和過程，我們有更大的機(jī)會(huì)找到治療新舊疾病的方法。通過在模擬中運(yùn)用量子計(jì)算，我們可能會(huì)開發(fā)出更有效的生產(chǎn)氮肥的工藝，而這些肥料的碳足跡占到一條面包碳足跡的40%之多；或者找到更便宜、更清潔的鋰離子電池替代品，目前我們小到移動(dòng)電話、大到電動(dòng)汽車都還在使用鋰離子電池提供動(dòng)力。

我們還只是處于量子計(jì)算的初級(jí)階段。距離能夠低成本、高效益地大規(guī)模運(yùn)行的硬件面世仍然相當(dāng)遙遠(yuǎn)。但是，量子計(jì)算的力量不在于設(shè)備，而在于它能做什么。企業(yè)領(lǐng)袖應(yīng)該立刻開始熟悉量子計(jì)算的相關(guān)能力，以免錯(cuò)過技術(shù)前沿可能涌現(xiàn)的機(jī)會(huì)。

不可思議的量子技術(shù)給我們所有人帶來了創(chuàng)造更美好世界的豐富機(jī)遇。單憑這一點(diǎn)，就值得我們投入時(shí)間，密切關(guān)注它的發(fā)展及其應(yīng)用。