量子計算，驅動未來

唐加文

預測未來最好的方式就是創造未來。

量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。

一、量子計算，出身不凡

1.正反對立的世界觀

我們似乎生活在一個充滿正反對立的世界：有正數必有負數，有存款必有負債，有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有惡魔。

2.狄拉克方程

1928年，偉大的理論物理學家狄拉克(Dirac)作出驚人的預言：宇宙中每一個基本粒子必然有其相對應的反粒子。

3.狄拉克海和反粒子

幾年之后，正電子果然在宇宙射線中被發現，驗證了有史以來最偉大的理論預言之一。

4.生活應用：正電子發射斷層掃描

目前，正電子被廣泛應用到人類生活之中，醫學影像技術PET(Positron Emission Tomography,正電子發射斷層掃描)就是其中之一。

5.天使與魔鬼

當一個粒子遇上它的反粒子時，根據愛因斯坦E=mc2的質能公式，它們會相互湮滅從而將所有質量釋放出成能量。Dan Brown的小說及其電影《天使與魔鬼》就描述過這樣的正反粒子湮滅爆炸的場景。

6.Majorana和他的費米子

從此以后，宇宙中有粒子必有其反粒子被認為是永恒不變的真理，但是會不會有這樣一類沒有反粒子的粒子，或者說它們自身就是自己的反粒子？1937年，也就是整整80年前，偉大而神秘的意大利理論物理學家Ettore Majorana猜測有這樣神奇粒子的存在，這也就是我們今天所稱的Majorana費米子。從那開始，尋找這一神奇粒子也就成了物理學中許多領域研究工作的崇高目標。

7.一份夢寐以求的表單

物理學中有一份表單,囊括了那些人類夢寐以求的神秘粒子，其中就有希格斯波色子（也被稱為上帝粒子，最近在歐洲粒子加速器中被發現）、引力子、磁單極、暗物質和Majorana費米子。相較其他粒子而言，Majorana費米子或許更加神秘，因為Majorana本人在文章泄露天機之后不久就失蹤而從此銷聲匿跡了。

8.天使粒子

手性Majorana費米子的發現為持續了整整80年對這一神秘粒子的搜索畫上了圓滿的句號。類比Dan Brown描述正反粒子湮滅爆炸的小說《天使與魔鬼》，張首晟提出這一新發現的手性Majorana費米子應該稱為天使粒子：我們發現了一個完美的世界，那里只有天使，沒有魔鬼。

9.量子計算機應運而生

量子世界本質上是平行的，一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫。所以量子計算機能夠進行高度并行的量子計算，遠比經典計算機有效。然而，一個量子比特的信息非常難以存儲，微弱的環境噪聲都能夠引起退相干從而毀滅其量子特性。科學家最新發現手性Majorana費米子，也稱為天使粒子。粒子的自然傳播導致非對易的編辮。這樣信息就能夠非局域的存儲，因而不受局域的微擾影響！

二、企業如何運用量子計算

1.選擇量子精英團隊

企業可能需要進一步了解量子計算的預期收益。以下是入門方法：

（1）將企業內的一些領軍專業人才指定為“量子精英”。

（2）為這些“量子精英”充電，幫助他們了解何為量子計算、對行業的潛在影響、競爭對手的應對方式以及企業的業務如何從中受益。

（3）要求“量子精英”定期向高層領導匯報工作，以便在整個企業中開展量子計算教育，確保該計劃始終與戰略目標保持一致。

2.開始確定量子計算用例和相關價值主張

待量子精英團隊了解了量子計算的原理及其如何助您應對業務挑戰和把握機遇之后，讓他們開始確定企業可在哪些領域借助量子計算領先競爭對手。

根據量子系統的獨特能力及其加速解決問題的優勢來評估機遇。要求量子精英團隊監控量子應用的進展，確定哪些用例可以更快地實現商業化。為確保量子探索與業務成果緊密聯系在一起，請選擇前景最光明的量子計算應用，例如創建突破性產品和服務或者以全新方式優化供應鏈。

3.試用真正的量子系統

通過試用真正的量子計算機，揭開量子計算的神秘面紗。要求量子精英團隊了解量子計算如何解決業務問題，以及如何與現有工具互動。單一量子解決方案并不能“包治百病”。量子精英團隊應專注于解決傳統計算機無法有效解決的最高優先級用例。

4.繪制量子路線圖

繪制量子計算路線圖，包括可行的后續步驟，目的是解決可能會對企業參與競爭以及獲得可持續業務優勢產生巨大阻礙的問題。為了加速備戰量子計算，應考慮加入新出現的量子社區。這樣能夠幫助您更好地接觸了解技術基礎架構、不斷發展的行業應用，以及有助于增強特定量子應用開發能力的研究人員。

5.靈活敏捷地應對未來量子格局的變化

量子計算在迅速發展。應尋找有望成為行業標準并且推動生態系統整合的技術和開發工具包。應認識到，新的技術突破可能會促使企業調整量子開發方法，包括更換生態系統合作伙伴。應留意企業的量子計算需求如何與時俱進，特別是當您進一步深入地了解哪些業務問題可從量子計算解決方案中獲得最大收益之后。

三、為何需要立即采取行動

1.迎接未來的沖擊

為何需要立即開始為量子計算做準備？在技術力量和競爭力量的雙重作用下，量子時代的到來要比你想象中早得多。若能立即開始關注量子計算，企業就能占得先機，拉開與同行之間的距離。以下是企業應該立即開始備戰量子計算的三個理由：

（1）量子計算機具有轉變行業價值鏈的潛力，特別是在化學、生物、醫療保健、材料科學、金融和人工智能(AI)等領域。

（2）由于量子計算的學習難度非常大，因此，“快速跟隨”的方法不僅花費巨大，而且只會被先行者越拉越遠。

（3）建立內部“量子能力中心”需要一定時間。

2.量子計算機具有轉變行業價值鏈的潛力

量子計算機有潛力解決傳統計算機無能為力的超級復雜的問題，因此有望轉變整個行業的面貌。未來的量子計算機有能力在化學、生物、醫療保健、金融、人工智能和材料科學等領域實現產品突破，幫助富有戰略眼光、采用量子計算的企業快速搶占市場份額，提高盈利能力。因此，量子計算的問題解決能力能夠徹底重新定義競爭優勢，轉變企業運營模式和價值鏈，最終徹底顛覆整個行業。

例如，物流系統的優化通常基于“中心輻射”型網絡模型。要在大規模物流網絡中，設計一條能夠滿足各種不同需求的點到點最優路線，是非常復雜的問題，完全超出傳統超級計算機的能力范圍。即使對于只有幾百個集散地的物流網絡，要逐一探索所有的可能性，傳統計算機也要花上數十億年的時間。而量子計算有能力顯著縮短這種探索所需的時間。例如，為了優化航空公司的調度工作，量子計算可以創建專為在特定日期飛往數百個目的地的數千名乘客而量身定制的每日航班時刻表，從而幫助旅客縮短旅行時間、避免空中交通擁堵并降低航空燃油成本。如果企業能為物流網絡設計優化工作開發量子解決方案，那么，在物流作為關鍵成功因素的所有行業，這樣的企業都能夠迅速成為市場領導者。

3.“快速跟隨”的方法不僅花費巨大，而且只會被先行者越拉越遠

量子計算不同于線性或漸進式的技術進步，“快速跟隨”的方法不太可能奏效。原因有以下幾點：

（1）量子計算的學習難度非常大。

（2）與“追趕”領先者相關的成本過高。

可以考慮以下用例：通過量子計算機為電子或運輸行業設計比現有物質更輕、更強韌的專用材料，而且與傳統計算機相比，解決問題的速度呈指數級提升。這種革命性材料的加速發展可以幫助制造商在短時間把競爭對手遠遠甩在身后。

借助量子技術成功上位的新晉市場領導者以既有知識為基礎，學習難度相對較低，因此能夠更上一層樓，進一步優化其突破性的材料，以及發現專為其他應用領域量身定制的新材料，不斷擴大與競爭對手的差距。

雖然只是假設，但這個示例卻生動說明了由于存在巨大的學習難度，使得所謂的“快速追隨者”極難趕上先行企業，從而可能導致某些行業出現“贏者通吃”的情景。即便對于特定用例，快速追隨者有可能追上先行企業，也需為此付出高昂的代價，例如，培養內部專業知識，采購最合適的基礎設施，投資與實力派企業建立合作關系和/或收購具有相關能力的企業等。

4.建立內部“量子能力中心”需要一定時間

盡管大多數企業現在都聽說過量子計算，但他們中有許多都因缺乏相關人才和專業知識而無法充分利用即將到來的業務轉型的優勢，而且獲得量子計算技術也并非易事。量子計算的人才供不應求，高技能資源更是炙手可熱。

即使招聘到了合適的人才，也可能需要數年時間才能深入了解量子計算對特定業務的潛在影響。最近發生的技術轉變，例如，為加速處理大數據工作負載而遷移到圖形處理器（GPU）的過程花了近十年時間，使得我們深深了解到，為采用新技術而培養專業能力是一個漫長的過程。

鑒于量子計算有潛力徹底轉變行業，能夠以指數級提升解決問題的速度，再加上量子領域的專業人才難以獲得，因此，領先的企業應考慮立即采取行動。

綜上所述，量子世界本質上是平行的，一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫。所以量子計算機能夠進行高度并行的量子計算，遠比經典計算機有效。

量子計算，驅動未來。