炒作⽆处不在，容错量⼦计算或将加速实现。本周，IEEE Spectrum刊登了⼀篇出⾊的⽂章，对量⼦计算（QC）的近期前景进⾏了深⼊探讨。⽂章的⽬的并不是要给量⼦计算的前景泼冷⽔，⽽是要说明量⼦计算的前景还很遥远，并提醒读者量⼦计算的⽤例可能很窄。不仅如此，这篇报道还强调了哈佛⼤学领导的⼀个团队最近在纠错和逻辑量⼦⽐特的使⽤⽅⾯取得的进展，以此说明事物变化的速度有多快。
量⼦纠错是实⽤量⼦计算的关键。量⼦计算机⾰命可能⽐许多⼈认为的更遥远、更有限。这是新兴的量⼦计算⾏业内和周围⼀⼩撮著名的怀疑论者发出的信息。量⼦计算机被吹捧为解决⾦融建模、优化物流和加速机器学习等⼀系列问题的⽅案。量⼦计算公司提出的⼀些雄⼼勃勃的时间表表明，这些机器可能会在短短⼏年内影响现实世界的问题。但是，在许多⼈看来，对这项技术不切实际的期望遭到了越来越多的反对。
Yann LeCun，Meta公司⼈⼯智能研究负责⼈Yann LeCun最近上了头条，他对量⼦计算机在不久的将来做出重⼤贡献的前景泼了⼀盆冷⽔。在⼀次庆祝Meta基础⼈⼯智能研究团队成⽴10周年的媒体活动上，他说，这项技术是“⼀个引⼈⼊胜的科学课题”，但他对“制造出真正有⽤的量⼦计算机的可能性”不太相信。虽然LeCun并不是量⼦计算领域的专家，但该领域的领军⼈物也发出了谨慎的声⾳。
亚⻢逊⽹络服务公司（Amazon Web Services）量⼦硬件主管奥斯卡·佩因特（Oskar Painter）说，⽬前该⾏业存在“⼤量炒作”，“很难从完全不切实际的幻想中过滤出乐观的⼀⾯”。
当今量⼦计算机⾯临的⼀个根本挑战是它们⾮常容易出错。⼀些⼈认为，这些所谓的“含噪声的中等规模量⼦计算”（NISQ）处理器仍然可以发挥有⽤的作⽤。
但佩因特说，越来越多的⼈认识到这是不可能的，量⼦纠错⽅案将是实现实⽤量⼦计算机的关键。最主要的建议是将信息分散到许多物理量⼦⽐特上，以创建更强⼤的“逻辑量⼦⽐特”，但这可能需要为每个逻辑量⼦⽐特配备多达1000个物理量⼦⽐特。有些⼈甚⾄认为，量⼦纠错从根本上说是不可能的，不过这并⾮主流观点。
佩因特说，⽆论如何，以所需的规模和速度实现这些⽅案仍然是⼀个遥远的⽬标。
“鉴于实现能够在数千量⼦⽐特上运⾏数⼗亿⻔的容错量⼦计算机仍然存在技术挑战，因此很难给出⼀个时间表，但我估计⾄少还需要⼗年时间。”奥斯卡·佩因特（Oskar Painter）区分炒作与现实。问题不仅仅在于时间尺度。
今年5⽉，微软技术研究员⻢蒂亚斯·特罗伊（Matthias Troyer）在《ACM通信》（Communications of the ACM）杂志上发表了⼀篇论⽂，指出量⼦计算机能够提供有意义优势的应⽤数量⽐某些⼈可能认为的要有限。
⻢蒂亚斯·特罗伊（Matthias Troyer）论⽂⻚⾯他说：“我们在过去10年中发现，⼈们提出的许多建议都⾏不通。然后我们找到了⼀些⾮常简单的原因。
”量⼦计算的主要承诺是能够以⽐经典计算机快得多的速度解决问题，但具体快多少却各不相同。特罗伊说，在两种应⽤中，量⼦算法似乎能提供指数级的速度：⼀种是对⼤数进⾏因式分解，这可以破解互联⽹所依赖的公开密钥加密；另⼀个是模拟量⼦系统，可应⽤于化学和材料科学领域。
量⼦算法已被提出⽤于⼀系列其他问题，包括优化、药物设计和流体动⼒学。
但是，量⼦算法所宣称的提速并不总能实现：有时只是⼆次增益，即量⼦算法解决问题所需的时间是经典算法所需的时间的平⽅根。特罗伊说，量⼦计算机产⽣的⼤量计算开销很快就会抵消这些收益。操作⼀个量⼦⽐特要⽐开关⼀个晶体管复杂得多，因此速度要慢上⼏个数量级。这意味着，对于较⼩的问题，经典计算机的运算速度总是更快，⽽量⼦计算机的领先优势取决于经典算法复杂性的扩展速度。
特罗伊和他的同事将⼀台Nvidia A100 GPU与⼀台虚构的未来容错量⼦计算机进⾏了⽐较，后者拥有10,000个“逻辑量⼦⽐特”、⻔的速度⽐现在的设备快得多。特罗伊说，他们发现，在处理⼤到⾜够有⽤的问题时，具有四倍速度的量⼦算法必须运⾏⼏个世纪，甚⾄⼏千年，才能胜过经典算法。另⼀个重⼤障碍是数据带宽。量⼦运⾏速度慢，从根本上限制了经典数据进出量⼦计算机的速度。
特罗伊解释道，即使在未来乐观的情况下，这种速度也可能⽐经典计算机慢数千或数百万倍。这意味着在可预⻅的未来，机器学习或数据库搜索等数据密集型应⽤⼏乎肯定⽆法实现。
特罗伊表示，结论是量⼦计算机只有在⼩数据问题上才能真正发挥指数级的速度。“剩下的都是美丽的理论，但不会实⽤。”他补充道。性能⽐较。随着量⼦速度的提升，量⼦计算机所需的运算量将逐渐少于经典计算机。
然⽽，由于操作复杂度⾼、⻔操作慢，量⼦计算机上的每个操作都⽐相应的经典操作慢。如附图所示，对于⼩问题，经典计算机的速度总是更快，⽽量⼦优势会在⼀个与问题相关的交叉尺度之后实现，在这个尺度上，量⼦加速带来的增益会克服量⼦计算机的持续减速。
特罗伊说，这篇论⽂在量⼦界并没有产⽣多⼤影响，但微软的许多客户都很⾼兴能清楚地了解量⼦计算的实际应⽤。
“他们已经看到⼀些公司缩⼩甚⾄关闭了量⼦计算团队，其中包括⾦融和⽣命科学领域的公司。”重新评估容错量⼦计算的时间尺度。斯科特·阿伦森（Scott Aaronson）德克萨斯⼤学奥斯汀分校计算机科学教授斯科特·阿伦森（Scott Aaronson）说，对于⼀直密切关注量⼦计算研究的⼈来说，这些限制其实并不奇怪。
“有⼈声称量⼦计算将彻底改变机器学习、优化和⾦融等所有这些⾏业，我认为对此持怀疑态度总是有道理的。如果⼈们现在才意识到这⼀点，那么，欢迎你们。”虽然他也认为实际应⽤还有很⻓的路要⾛，但该领域最近取得的进展确实让他有理由感到乐观。本⽉早些时候，来⾃量⼦计算初创公司QuEra和哈佛⼤学的研究⼈员证明，他们可以使⽤280量⼦⽐特处理器⽣成48个逻辑量⼦⽐特——远远超过之前的实验所能做到的。
阿伦森说：“这⽆疑是⼏年来最⼤的实验进展。”QuEra公司⾸席营销官尤瓦尔·博格（Yuval Boger）极⼒强调，该实验只是实验室演示，但他认为，实验结果让⼀些⼈重新评估了容错量⼦计算的时间尺度。但他同时表示，他们也注意到有⼀种趋势，即⼀些公司正在悄悄地将资源从量⼦计算中转移出来。他说，这在⼀定程度上是由于⾃⼤型语⾔模型出现以来，⼈们对⼈⼯智能的兴趣⽇益浓厚。
但他也认为，业内有些⼈夸⼤了这项技术的近期潜⼒，并认为这种炒作是⼀把双刃剑。他说：“这有助于获得投资，让有才能的⼈兴奋地进⼊这个领域。但另⼀⽅⾯，当你说量⼦技术将解决世界上所有的问题，但后来它并没有解决，或者现在还没有解决，这就会让⼈有点失望。”
即使在量⼦计算机看起来最有前景的领域，其应⽤范围也可能⽐最初希望的要窄。量⼦为什么更快？
破解加密或绘制分⼦结构图等问题可能需要对数以百万计的可能性进⾏排序。近年来，科学软件公司薛定谔（Schr?dinger）和⼀个多机构团队的研究⼈员发表的论⽂表明，只有数量有限的量⼦化学问题有可能从量⼦提速中受益。与可能的短期量⼦计算机应⽤相关的分⼦特征⽐较。论⽂链接：https://arxiv.org/pdf/2009.12472.pdf。
探索下⼀代量⼦技术。
菲利普·哈巴赫（Philipp Harbach）德国制药巨头默克公司（Merck KGaA，位于德国达姆施塔特）的集团数字创新全球负责⼈菲利普·哈巴赫（Philipp Harbach）说，同样重要的是要记住，许多公司已经拥有成熟且富有成效的量⼦化学⼯作流程，这些流程是在经典硬件上运⾏的。他说：“在公众中，量⼦计算机被描绘得好像它能实现⽬前⽆法实现的东⻄，这是不准确的。
主要是，它将加速现有的流程，⽽不是引⼊⼀个完全颠覆性的新应⽤领域。因此，我们正在评估这⾥的差异。”
哈巴赫的研究⼩组研究量⼦计算与默克公司⼯作的相关性已经有⼤约六年的时间。虽然NISQ设备有可能⽤于某些⾼度专业化的问题，但他们得出的结论是，在实现容错之前，量⼦计算不会对⼯业产⽣重⼤影响。哈巴赫说，即使到那时，这种影响的变⾰性究竟有多⼤，还要取决于具体的⽤例和公司正在开发的产品。
量⼦计算机在为经典计算机在更⼤规模上难以解决的问题提供精确解决⽅案⽅⾯⼤放异彩。哈巴赫说，这对某些应⽤可能⾮常有⽤，⽐如设计新型催化剂；但默克公司感兴趣的⼤多数化学问题都涉及快速筛选⼤量候选分⼦。
“量⼦化学中的⼤多数问题都不是指数级的，有近似值就⾜够了。它们都是表现良好的问题，你只需要让它们随着系统规模的增⼤⽽变得更快。”尽管如此，微软的特罗伊仍有理由感到乐观。
即使量⼦计算机只能解决化学和材料科学等领域的有限问题，其影响仍可能改变游戏规则。他说：“我们谈论⽯器时代、⻘铜时代、铁器时代和硅时代，因此材料对⼈类的影响是巨⼤的。”“提出⼀些怀疑的⽬的并不是要削弱⼈们对这⼀领域的兴趣，⽽是要确保研究⼈员专注于量⼦计算最有前途、最有可能产⽣影响的应⽤。”