美国家研究院“唱反调”:量子计算走向应用的艰难程度

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美国家研究院“唱反调”:量子计算走向应用的艰难程度
麻省理工科技评论 2018-12-16

2018-12-16

美国家研究院“唱反调”:量子计算走向应用的艰难程度
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美国家研究院“唱反调”:量子计算走向应用的艰难程度

今年 11 月, IEEE Spectrum 上发表了一篇专家撰写的特辑文章,名为“The Case Against Quantum Computing(唱衰量子计算)”。作者 Mikhail Dyakonov 在该文中辩护了自己对量子计算的负面观点,那就是——实用的通用量子计算机在可预见的未来里不会被制造出来。

你可能会料想到这篇文章会触怒许多人,毕竟我们正处在这个对量子计算充满热情的时代。

事实上,在撰写这篇文章的同一时间,由美国国家科学院、工程院和医学院联合组建的专家委员会也在纠结这个相同的问题:量子计算机何时才能成熟到实现商业价值?更全面的说,摆在这个专家委员会面前的任务是要提供“一个独立的评估报告分析关于建造一个能解决现实世界问题的功能量子计算机的可行性”。尤其是,专家组需要预测实现这一目标所需的时间和资源,以及如何评估量子计算机获得成功的可能性。

图 | iStockphoto

该委员会在近期发布了一份长达 205 页的报告,名为“Quantum Computing: Progress and Prospects(量子计算:成果与展望)”,并在当天早些时候为记者们组织了一场针对该报告的网络探讨会。

这个委员会由量子计算领域的 13 位专家组成,这其中包括;来自加州大学圣巴巴拉分校的 John Martinis,他是谷歌量子硬件方面的研究工作的领头人;来自芝加哥大学的 David Awschalom,他曾是加州大学圣巴巴拉分校自旋电子学和量子计算中心的主管;以及加州大学伯克利分校 Umesh Vazirani,他是该校量子信息中心和计算中心的共同主管。所以这个专家委员会看起来是由一些你可能会以为他们将对要评估的问题给出积极回答的人来组建的。

然而,值得称赞的是,这些委员会成员并没有给他们以及他们的同行研究者们在设计和建造实用的通用量子计算机时面临的困难包装一层“糖衣”。结果恰恰相反。

报告的结论与我们在某些媒体上读到的关于量子计算的美好愿景形成强烈对比,这些媒体让你畅想一台功能强大无比的量子计算机即将在 5 到 10 年后面世。在这份报告里,委员会们强调了这一个“关键发现”,如下所说:

考虑到量子计算目前的研究现状和进展,在未来十年内建造出能威胁到现有非对称加密算法 2048 或类似的基于离散对数的公钥密码体系的量子计算机,是相当难以预料的事情。

简单来说,威胁这种加密算法仅仅是未来量子计算机能实现的各种计算的一个例子。所以在这里委员会想表达的是,未来十年内具备这种实际计算能力的量子计算机被建造出来的可能性微乎其微。

那好,如果不以十年为期,那么我们见到实际的机器还要多长时间呢?委员会成员并没准备就该问题做出任何预测。他们认为,最多能提供一个关于量子计算社群的一般性指导,关于如何报道量子计算成功的预测方面取得的进展。

在这里必须要为委员会成员们没有不懂装懂而鼓掌。事实上,这个报告的摘要明确地指出要让通用量子计算机问世的面领着诸多巨大挑战,并且“没有这些挑战都能被克服的任何保证”。

委员会特别说明了,让量子计算机创造一个“自我增强”的技术进步循环的挑战。技术进步循环是指一项技术通过商业应用后,进一步获得私营企业的投资,再进一步促使技术进步,随后进入循环,实现技术的一步步增强。这样的技术进步循环在过去推动传统计算机技术实现了快速发展。因此,你可以理解这种技术发展方式的推崇者们会希望量子计算机也效仿。但前提是要在短期内让量子计算机至少有几项商业应用,而这似乎是不太可能的。

为了实现这个目的,或许有种机器可能很快会被建成,这种机器被委员会戏称为“哗众取宠的中间型量子计算机”(NISQ),可能没有什么实际用途。委员会表示,“目前还没有可以有效利用这种计算机的算法或应用程序。当然这种局面也许会改变,但如果不改变也就意味着业内可能很难坚持如此长时间的投资量子计算,直到该技术能获利”

最后,委员会总结表示:即使实用的通用量子计算机被最终证明是无法实现的,人们还是会在尝试设计和建造它的失败中学习到许多东西。这份报告总结的第 6 个“关键发现”是:

量子计算在推动基础研究发展方面十分有价值,这些研究将促进人们提升对宇宙的认知。就像所有其他基础科学研究一样,这一领域的发现可能会带来革命性的新知识和应用。

这无疑是正确的,即使是对量子计算持怀疑态度的 Dyakonov 也会同意这一观点。在他的文章中,他承认,“量子计算的实验方面研究是有益的,并可能帮助更好地理解复杂的量子系统。”但正如委员会成员自己所指出的,所有的基础性研究都是有价值的,因为这也许会为社会带来一些有益和有用的发现。但政府和其他科学和工程的赞助者需要掌握的诀窍是从中分辨出相对更有价值的基础性研究。从这个角度来说,这份由美国国家科学院、工程院和医学院联合发布的报告就显得十分有用了,至少它给那些认为量子计算企业一定会成功的人敲响了警钟。


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