量子計算可能是標(biāo)志著科技界最大的變革之一，其利用量子力學(xué)機制來加速計算機運算速度。研究人員希望最終能利用它破解網(wǎng)絡(luò)加密或建立全新的分子模型。

通用的量子計算機還需要數(shù)年時間才能完成，但是第一個基本的系統(tǒng)將數(shù)以十計的量子比特（或量子位元qubits）連接在一起，供研究人員和開發(fā)人員使用。除了在“經(jīng)典”計算機上運行的量子模擬，這給了軟件開發(fā)人員第一次使用這項技術(shù)的機會。

微軟和谷歌也準(zhǔn)備在量子計算機的發(fā)展上宣布突破。盡管這項技術(shù)預(yù)計要花上幾十年才能完全成熟，但量子計算的第一個好處已經(jīng)開始慢慢顯現(xiàn)。

John Sarrao是美國洛斯阿拉莫斯實驗室（the Los Alamos National Laboratory）理論、模擬和計算的副主任，也是致力于研究如何投資這項技術(shù)的科學(xué)家之一。該組織以其在核武器方面的工作而聞名，其從國家安全的角度對量子計算進行了長期的觀察。然而，根據(jù)Sarrao先生的說法，量子計算在短期內(nèi)也會有收益。

洛斯阿拉莫斯是第一個商用量子計算機的最早客戶之一，該商用量子計算機由DWave Systems制造。這家加拿大公司使用一種被稱為量子退火（quantum annealing）的技術(shù)，這種方法最適合處理復(fù)雜的優(yōu)化問題。Sarrao先生說這個量子計算機已經(jīng)被應(yīng)用于處理現(xiàn)實世界的問題，比如分析材料的電子結(jié)構(gòu)。一臺超級計算機已經(jīng)可以完成這樣的任務(wù)，但是人們期望有一天，當(dāng)這個行業(yè)達到所謂的“量子疊加（quantum superiority）”時，量子計算機將能夠更快地完成這項工作。

“我們基本上是在進行勞動力投資，”他在談到DWave時說。洛斯阿拉莫斯已經(jīng)向其任何想要嘗試這項技術(shù)的開發(fā)者開放了這個系統(tǒng)。讓開發(fā)人員自由學(xué)習(xí)新的編程技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生獲益。Sarrao先生說：“我們最好的DWave用戶也是那些深入?yún)⑴c大規(guī)模經(jīng)典模擬的人?！彼f，他們對量子編程的新技術(shù)“絕對興奮”，并一直在使用他們在實驗工作中獲得的常規(guī)工作思路。

獲益之一：改進經(jīng)典計算

這是投資量子計算的最直接獲益之一：它有助于塑造開發(fā)者的想法，改進傳統(tǒng)計算機的編程方式，為最終遷移到全量子計算機奠定基礎(chǔ)。

微軟量子編程主管Krysta Svore稱這些為“量子激發(fā)（quantum-inspired）”算法。她說：“我們學(xué)習(xí)了所有這些新技術(shù)，我們可以在經(jīng)典計算中使用它們?！?/p>

“這些方案現(xiàn)在就可以加速解決你的問題?！逼渲幸粋€例子是微軟開發(fā)了一種算法來訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過應(yīng)用更適合于量子計算機的技術(shù)（比如大規(guī)模并行處理），Svore女士和同事減少了訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時間，并提高了其性能的質(zhì)量。

獲益之二：混合算法（Hybrid algorithms）

另一個近期優(yōu)勢在于混合算法，它同時使用量子和經(jīng)典計算資源。像這樣的算法將充分利用經(jīng)典計算機處理大部分的工作，在必要的時候?qū)⒉糠钟嬎憬唤o量子硬件。

美國量子計算初創(chuàng)公司Rigetti Computing去年底發(fā)表了一份據(jù)稱是迄今為止設(shè)計的最復(fù)雜的混合量子算法結(jié)果。該軟件被用于非監(jiān)督學(xué)習(xí)，這是一種機器學(xué)習(xí)，它涉及到識別數(shù)據(jù)中的模式，而不需要通常與機器學(xué)習(xí)相關(guān)聯(lián)的訓(xùn)練。

Rigetti公司的首席運營官Madhav Thattai說：“這種混合算法將會帶來量子優(yōu)勢（quantum advantage）的第一個例子”，這是一個量子計算機帶來真正商業(yè)利益的時刻，而這是傳統(tǒng)計算機無法實現(xiàn)的。

以上的想法可能有助于引出量子時代的益處。然而，企業(yè)當(dāng)下投資這項技術(shù)是為了在量子計算機全面到來時確保其領(lǐng)先地位。

洛斯阿拉莫斯的Sarrao先生說，當(dāng)這種情況發(fā)生時，依賴于兩件事：硬件進步會帶來更好的量子位質(zhì)量，而更優(yōu)的軟件則需要更少的量子位來解決復(fù)雜的問題。

今天的量子比特，或者說量子位，只能在幾毫秒內(nèi)維持一個量子態(tài)，在外界干擾導(dǎo)致它們“退化（decohere）”后，其所處理的信息就丟失了。如果沒有更強大的量子位，僅僅糾正量子系統(tǒng)中的錯誤就會消耗掉大部分系統(tǒng)的資源。

Sarrao先生說：“一方面，我們看到了更好的算法效率的融合，另一方面是更好的量子位?！彼a充說，這種融合將會有多快仍然無法預(yù)測。

回顧歷史：量子夢正接近現(xiàn)實

1982年，物理學(xué)家Richard Feynman提出了量子計算的概念。

1994年，數(shù)學(xué)家Peter Shor展示了如何利用量子計算機破解加密技術(shù)。

2011年，加拿大DWave公司推出了第一款商用量子計算機，盡管它能解決的問題是有限的，而且量子效應(yīng)的程度也受到了質(zhì)疑。

2016年5月，IBM允許用戶試用其第一個量子計算機，一個5量子位（5-qubit）系統(tǒng)。

2017年4月，谷歌公布其“量子霸主”計劃，計劃在年底前實現(xiàn)對經(jīng)典計算機的超越。

2017年11月，IBM宣布成為第一家研制出50量子位（50-qubit）處理器的公司。