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量子计算引硅谷科技巨头竞相投资：量子计算机会是没结果的赌注吗？( 六 )


要获得量子优势 ， 需要的不仅仅是在圣巴巴拉、纽约和雷德蒙德的冰箱里放上几块芯片 。 量子计算行业将需要与之相关的基础设施 。 获得量子霸权之后 ， 整个行业也将在适用于新设备的算法和编程语言方面展开竞争 。
1994年 ， 参加维拉瓜利诺酒店年度研讨会的彼得·肖尔(Peter Shor)发表了一套使用量子计算机分解大数的指令 ， 这就是所谓的肖尔算法 。 将长整数分解成最小质因数所需的庞大计算资源是许多现代加密系统得以成立的基础 ， 但量子计算可以破解它 。 1996年 ， 印度裔美国计算机科学家洛夫·格罗弗（Lov Grover）公布的格罗弗算法则能够以数千倍的速度搜索大型数据库 。 这种诱人前景无疑让谷歌更感兴趣 。
但这些算法只能在完美的量子计算机上运行 。 要让量子计算机发挥作用 ， 不仅需要改进硬件降低错误率 ， 也需要基于不可避免的错误来修改算法 。 “今天被考虑的绝大多数算法都远远领先于实际量子系统的性能指标 ， ”杨说 。 “理论远远领先于实验 。 ”
量子计算引硅谷科技巨头竞相投资：量子计算机会是没结果的赌注吗？
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尽管如此 ， 谷歌、微软、IBM和其他公司都在开发基于量子计算机的编译器和操作系统 。 “但现在我们编写的程序几乎完全是机器代码 ， 非常接近硬件 ， ”谷歌的玛丽莎·朱斯蒂娜（Marissa Giustina）说 。 “我们没有任何抽象的高级工具 。 ”
在微软 ， 拥有计算机科学背景的斯沃尔帮助开发Q# ， 这是第一种专门针对各种类型量子计算机特性而设计的编程语言 。 “我们知道量子计算机将会继续发展 ， ”斯沃尔说 。 “但同样的规则和代码将会延续下去 。 ”
谷歌的Cirq和IBM的Qiskit都是开源框架 ， 可以帮助研究人员在NISQ时代开发算法 。 科技公司也在推动量子计算的商业应用：IBM已经与包括埃克森美孚、巴克莱银行和三星等100多家公司合作研究实际应用；微软旗下的Azure Quantum允许客户接入量子初创企业IonQ的囚禁离子量子计算机和康涅狄格州QCI公司正在开发的超导量子计算机 。
IonQ首席执行官彼得·查普曼（Peter Chapman）试图打造一台基于囚禁离子的量子计算机 。 他说 ， 这些进展将使人们开始编写量子计算机领域的“Hello World ！” 。
即便在没有可靠量子硬件的情况下 ， 量子算法也已经产生了一些影响 ， 因为目前人们可以在传统超级计算机上进行仿真模拟 。 斯沃尔所谓“受量子启发的优化算法”已经被用于交通管理 ， 电池开发以及减少分析核磁共振扫描所花费的时间 。
最终 ， 量子计算机的用户可能不会意识到他们实际上正在使用一台量子计算机 。 包括超导、囚禁离子甚至模拟化等各种不同类型的量子处理器将成为计算中心的一部分 。 “我们的设想是 ， 你和我都会遇到问题 ， 我们还只是使用普通软件 ， 然后云服务可以访问所有这些类型的计算机 ， 并决定通过哪个计算机解决问题 ， ”里尔说 。
就目前而言 ， 量子计算能够解决的问题还很小 ， 一些概念性问题用传统计算机也能得到有效解决 。 目前这些问题只是人们在开发量子硬件过程中得到的启发 ， 还没有什么实际应用 。 量子计算机不仅仅是被简单定义为一种更好的计算机；它们只对特定类型的问题有用 。 普通人永远不会在自己设备中使用到量子芯片 ， 而是通过云访问它们的功能 。
而真正量子计算机的首次实际应用可能影响相对较小 ， 比如说验证随机数 。 之后就是费曼所说的用量子设备模拟自然 。 这为模拟化学反应和生物过程 ， 以及试验新药或新材料提供了可能性 。
随着时间的推移 ， 博伊索希望量子计算机能够解决我们这个星球面临的一些生存危机 。 “气候变化归根结底是能源问题 ， 而能源又是一个物理变化和化学反应的过程 ， ”他说 。 “或许 ， 如果我们制造出能够进行模拟的工具 ， 我们就可以掀起一场新的工业革命 ， 从而更有效地利用能源 。 ”


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