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(jī)制來加速計算機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)會,。

微軟和谷歌也準(zhǔn)備在量子計算機(jī)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(jìn)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(jī)的最早客戶之一，該商用量子計算機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)到所謂的“量子疊加（quantum superiority）”時,，量子計算機(jī)將能夠更快地完成這項工作。

“我們基本上是在進(jìn)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,。”他說,，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(jìn)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(jìn)傳統(tǒng)計算機(jī)的編程方式,，為最終遷移到全量子計算機(jī)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,。”其中一個例子是微軟開發(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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)帶來真正商業(yè)利益的時刻，而這是傳統(tǒng)計算機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)，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(jī)，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(jī)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。