科技雲報道：是時候向量子計算潑一盆冷水了！
科技雲報道原創。
“儘管量子計算是當前最重要的科技問題之一，但真正實用的量子計算機還比較遙遠。量子計算面臨的不只是工程挑戰，還有許多基本的科學問題，很有可能屬於“世紀難題”。”
伴隨著大眾對量子計算的萬分期待，流言也在飛速產生：量子計算機一旦做成，將直接秒殺經典計算機。
然而，量子計算機並不是一種更快的計算機。它在邏輯、輸出方式等方面與經典計算機根本不同，其中最本質的就是量子糾纏的存在。
在量子資訊學的觀點中，量子糾纏是與物質、能量、資訊並列的一種自然資源，利用好這種資源能使量子計算機發揮出巨大威力。
量子計算機就是一臺自帶量子糾纏的機器，凡是涉及大量微觀粒子的研究，例如凝聚態物理、量子化學、分子生物學都將發生很深刻的變革；相應的應用學科，例如材料合成、藥物研發等，也都會有很本質的改變。
從長遠來說，它將給現有的計算理論帶來深刻變革，將極大加深人類對物質與資訊的理解，它將是一種前所未有的計算微觀世界的強大工具。
但是，如何用它設計更快的演算法，在理論上就是很大的挑戰。
越爬越抖的天梯：量子計算機尚處初級階段
那麼，量子計算到底難在哪？進展到哪一步了？
這是2013年Michel Devoret和Robert Schoelkopf發表在Science上的“量子計算臺階圖”。下一層實驗是上一層實驗的基礎，但這並不是一個直線升級過程——為了上一個新臺階，在它之下的所有臺階都必須不斷優化。所以，站的越高，工作量就越大，量子計算機越往後做越難。
圖上的前三層大致對應量子力學的三大詭異屬性——疊加、糾纏、測量。到目前，主要的量子計算實驗系統都已經站上了前兩層，但不是每種系統都站上了第三層。迄今為止，沒有一種系統完成了第四層（量子糾錯）。
沒有量子糾錯的“量子計算機”，就只能在相干時間內做一些最簡單的運算。Google、IBM等公司近兩年一直在比拼晶片上“量子位元”的數量，但它們都只是壽命幾十微秒的物理量子位元，邏輯量子位元的數量都是零。
量子糾錯是人們研究量子計算機迄今為止遇到的最難的問題，它的實現將是當代量子科技的第三個里程碑——人類從此有方法保護在自然界中轉瞬即退相干的量子態，就好比從原始人從採集到種植、從狩獵到畜牧。在工程上，它將為大型通用量子計算機提供基本邏輯單元。
當下量子計算最大的挑戰就是實現邏輯量子位元，而不是在一塊晶片上整合多少物理量子位元。
雖然量子計算在近二十年有了堅實的實驗進展，但它在短期內還將是一種基礎研究，沒有立即可操作的實際應用。
量子計算就像一條越爬越陡的天梯，我們現在還只處於很初步的階段。大型、通用、容錯量子計算機什麼時候做出來？任何明確答案都是不負責任的，因為它太難做、未知挑戰太多、現在我們根本沒法給出負責任的估計。
商業炒作無益於破解“世紀難題”
然而近幾年，量子計算正在成為商業熱潮的焦點。
量子計算真正的商業熱潮從2014年開始，Google 全員買下了John Martinis 在聖芭芭拉加州大學的實驗室，成為“Google 量子人工智慧實驗室”的一部分，並立刻給這群低調的科學家配上了強大的宣傳團隊。各家 IT 巨頭紛紛坐不住了，各種專營量子計算的創業公司也開始出現。
目前，各種參與量子計算的商業公司主要分四類：
第一類是 IT 或工業巨頭 ，其中IBM和微軟上場遠 Google早。IBM 十多年前就在Waston研究中心建立了頗具規模的超導量子計算實驗室和理論組。IBM的量子實驗室曾經專注於紮實的基礎研究，領取政府經費，與大學實驗室無異，直到幾年前才開啟商業競爭模式。
微軟很早就在聖芭芭拉加州大學內建立了Station Q，專注於“拓撲量子計算”理論，也曾是完全的學術導向。這兩年微軟在荷蘭Delft理工學院、丹麥哥本哈根大學、澳大利亞悉尼大學、美國馬里蘭大學、普渡大學、Redmond總部都新建了Station Q；最重要的是，把這一領域最有影響力的兩位實驗物理學家Leo Kouwenhoven和Charles Marcus收入麾下。
Intel 自2015年起也不甘落後，並且兵分兩路，在Delft理工學院與Leonardo DiCarlo實驗室合作發展超導量子電路，同時與Lieven Vandersypen實驗室合作發展矽量子點。
第二類是大學教授兼職創辦的新公司 ，支援與轉化自己學術實驗室的成果。
2015年底，耶魯超導量子計算實驗室的領導者——Robert Schoelkopf和Michel Devoret與研究員Luigi Frunzio創辦Quantum Circuits, Inc.，2017年11月完成A輪1800萬美元融資。
2016年，馬里蘭大學實驗物理學家Christopher Monroe與杜克大學電子學家Jungsang Kim創辦主攻離子阱的IonQ, Inc.，2017年7月完成B輪2000萬美元融資。
2018年初，因斯布魯克大學實驗物理學家Rainer Blatt、Thomas Monz與理論物理學家Peter Zoller在政府和大學的支援下創辦離子阱公司Alpine Quantum Technologies，也已得到1200萬美元經費。
第三類是自主創業、有完整硬體實驗室的新公司。 其中最有名的是位於加州伯克利的 Rigetti Computing，由耶魯博士畢業的Chad Rigetti在2013年創辦，現在融資已接近7000萬美元，員工近百人。
第四類只做周邊軟體產品。 這樣的公司這兩年出現了很多。
這些“量子企業”到底多有希望？第二類（學術實驗室 spin-off）企業可能會對當前的量子計算髮展產生非常大的幫助。
量子實驗正朝著越來越複雜的方向發展，除了核心的物理原理外還涉及大量的工程細節，其工作量已接近傳統大學實驗室的極限。這類公司一方面解決實驗中的工程問題，另一方面將學術實驗室的成果做大做規範，這是一種非常良性的互動。
第一類和第三類公司都有很強的盈利目的，但都自建或接管強大的實驗團隊，身體力行做量子計算機，在工作和宣傳方式上也都很類似。它們的主要區別在於承受風險的能力不同，巨頭企業更能承受長期投入而不見回報的基礎研究。
值得注意的是，量子計算面臨的不只是工程挑戰，還有許多基本的科學問題，很有可能屬於“世紀難題”。它與現實的距離比無人駕駛、電動車、商業航天等要遠的多得多，我們千萬不能用科技產品研發的思路理解量子計算機的研究。它的真正問世需要長期、穩定的支援，而不是利益驅動的商業炒作。
就像17世紀的人想象不到什麼是手機一樣，我們現在也根本不知道當人類能自如人造控制量子系統之後能做多麼不可思議的事情。量子計算是人類第一次試圖在量子水平上構造、控制物質系統，一旦突破將極大地擴充套件人類工程實踐的範圍。
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