量子计算征程尚远,还有多少坑要踩?

作者: 宋宇铮

来源: 知识分子

发布日期: 2019-11-27

量子计算作为一门新兴学科,虽然充满挑战和未知,但其潜力巨大,能够解决经典计算机难以处理的问题。腾讯量子实验室负责人张胜誉指出,量子计算的实现需要跨学科合作,目前仍处于商业应用前的研发阶段,未来需要全球智慧共同推动。

量子计算这门学科,近两年才走入公众视野,但似乎听起来就让人感到不知所措。的确,当“量子”这个前缀已经足够困扰人的时候,它的露面却偏偏还总要伴随着“霸权”、“二次信息革命”、“千亿级市场”——这里每个字眼都渗透出惊人的“能量”与焦虑。摘掉高深与无所不能的面具,量子计算究竟是做什么的?距离落地还有多远?又会给我们带来怎样的影响?

在11月9日在北京举行的腾云峰会的间隙,面对记者们抛来的这一系列问题,腾讯量子实验室负责人张胜誉显得十分平静。在他看来,自己打了18年交道的量子计算机远不是万能的,它最大的意义就在于能够帮助人类加速解决一部分经典计算机很难解决甚至无能为力的问题。

的确,对于像张胜誉一样真正把量子计算当作一项事业的人来说,他们清楚地知道自己选择的并非只是什么投资热点,而是一项空前的跨学科学术挑战。这件事很难,但正因为难,才让人想把它做好。

突破“摩尔定律”:十字路口上的命题。五十余年前,英特尔创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)预测,今后集成电路上的晶体管数量约每两年会增加一倍,被后人尊称为“摩尔定律”。这一“定律”的延续曾使人类在不革新计算机工作原理的情况下便可以不断加速芯片算力,创造出笔记本电脑、智能手机等标志性产品。但这样的“好日子”事实上从“摩尔定律”生效的那天起便也被预示了终有一天会结束。

经典计算机面临的更为本质的危机还在于,即便晶体管能够被缩小到原子尺度,粒子的行为也将开始按照量子而非经典力学的规律运行。这时,由于“隧穿效应”,电子将可穿透晶体管的绝缘层,使器件无法正常工作。缩小晶体管元件的套路可能失效,但人类对更强大计算能力的追求却不能就此终结,因为还有太多关乎我们生命与社会运行效率的命题被卡在计算这一关上。

量子力学的双刃剑。

如果说量子计算机和经典计算机有什么相似之处,那就是二者都靠操控基本数据单位比特来实现计算,只不过前者所使用的是基于量子力学原理的“量子比特”。对于量子比特而言,它和经典比特一样都具有“0”和“1”两个基态,但在量子理论中,实际测量前它并不处于确定的“0”或“1”状态,而是两种状态按一定概率比例的叠加,也就是a概率为“0”,b概率为“1”,且a与b模的平方之和应为1。

这显然是个好消息,因为它意味着量子计算机能够同时操纵两个状态,每次操作更改的是2个系数。

征程尚远,还有很多坑要踩。对于年轻而茁壮发展的量子计算界而言,当前跨学科人才的缺乏同样是一件棘手的事情。回头看看张胜誉所指出的“三个任务”,似乎每一个都不是仅靠数学家和计算机科学家便能解决的——寻找适合量子计算的问题需要从化学到经济等各个学科甚至工业界的从业者首先能够带来想法与诉求。

经历了前两年量子话题在投资界的大热,张胜誉认为今天无论是公众还是从业者都对于实现量子计算将面临的困难有了更多了解,变得更加清醒与理性。“开始有些人觉得量子计算是无所不能的,好像一两年之内就可以看到大东西。现在回头看,整个行业虽然没有我们希望的那么突飞猛进,却是在稳步地发展。这也是科研的正常状态。

”张胜誉对两年间量子计算界的变化如是总结道,因此他也格外感谢能够不设论文发表指标让团队彻底安心做事的腾讯。最后,谈到对量子计算未来的展望,他也再次重申了自己两年前的观点,“大家都应该更开放一些,征程还远,很多条不同的路径中有这么多的坑要去踩,不是一个团队能踩完的,更需要的是整个人类的智慧加到一起。”

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