量子計算機研發了這么久，怎樣才能讓它真正普及？

文／張佳星

一只薛定諤的貓（量子態的描述試驗），有望解決信息技術領域目前面臨的算力不足的問題。

在日前召開的中國科協年會上，中國科學院院士潘建偉指出，經過百余年的發展歷程，量子力學已經為解決目前遇到的一些問題做好了技術上的儲備。以量子計算為例，其算力隨著粒子數目的增加呈指數增長。

從2017年IBM推出首個商業通用量子計算機以來，量子計算機的競相研發已經初見成果。今年5月，潘建偉院士團隊成功研制了目前國際上超導量子比特數量最多的量子計算原型機“祖沖之號”，操縱的超導量子比特達到62個，7月，東京大學與IBM合作的商用量子計算機在日本首次應用于材料開發和金融研究。

量子計算機研發了這么久，會以什么樣的形式普及應用？哪些領域會首先應用上量子計算呢？

量子計算機還太貴，搬不回家

現在的量子計算機仍舊造價非常昂貴，與電子計算機的樣子大相徑庭。

大多數量子計算機需要特別的低溫設備，需要液氮或者液氦，維持接近絕對零度的溫度，以確保量子比特的穩定性。

為了降低成本，不少科學家在提高運行溫度上下工夫，例如去年《自然》就層上線過一篇論文，澳大利亞團隊與加拿大、芬蘭和日本的合作者一起報告了一種經過概念驗證的量子處理器單元，該單元的運行溫度是1.5開爾文，這個溫度是Google、IBM等公司使用超導量子比特芯片的運行溫度（0.1開爾文）的15倍。

但目前而言，一段時間以內量子計算機仍然造價昂貴，很難以“誰使用誰擁有”的形式提供服務。

“客戶使用量子計算技術最佳的方式是通過云服務來獲得，因為量子計算機本身是非常先進復雜并且昂貴的系統?！眮嗰R遜云科技Amazon Braket總經理理查德·摩斯在接受包括科技日報在內的媒體采訪時表示，自營的數據中心去打造昂貴的量子計算機，目前而言是不現實的。

量子計算機的應用將采取“不擁有但為我所用”的模式，即云服務模式。

為了推進量子計算技術，亞馬遜云科技推出量子計算云服務Amazon Braket，科學家、研究人員和開發者能夠通過該服務開始試驗來自量子硬件提供商（包括D-Wave、IonQ和Rigetti）的量子計算的硬件。此外，亞馬遜云科技還成立了量子計算中心和量子解決方案實驗室，加速開發量子計算技術和應用。

“把量子計算作為一種云服務來使用，意味著其所使用的工具，比如說安全控制、訪問、資源管理、通知等的傳統的云服務應該是一樣的?！崩聿榈陆忉?，因此在現有云服務相關技術的基礎上，還需要針對量子計算的硬件、應用、遷移等核心技術進行開發。

量子計算要普及，還要錘煉技術和人才

截至目前，量子計算機對于科研機構、大學院所這些科技研發的最前沿還是比較陌生的。讓他們對量子計算機熟悉起來，是普及應用的前提。

當下的量子計算機的制造有著不同的技術路線，不同技術路線的量子計算機擁有不同的特點、帶來不同的性能和水平也是不同的。

以三種不同類型的商用量子計算機為例，第一個是D-Wave公司的量子計算機，聚焦于完成特定優化任務。第二個是IonQ的量子計算機，該技術路線使用懸浮在真空中的鐿原子將捕獲的離子用于其量子位，用激光束完成處理。第三個是Rigetti的量子計算機（IBM，英特爾均采用該技術路線），以固態量子處理器為特點，要求將芯片冷卻到接近絕對零度，并采用積極的糾錯技術來保持量子位的正常運行。

哪個更好用，或者那個技術路線針對某一特定問題更勝一籌要用了才知道。理查德介紹，亞馬遜云科技提供的服務是讓客戶無需繁雜選擇，直接拿到這個市面上三種不同類型的量子計算機自己去用，通過實際的體驗、上手的體驗去驗證未來如果要用量子計算的話，應該選擇什么樣的技術，或者打造一個什么樣的量子系統。

此外，培育量子計算方面的開發人員也非常重要。一方面，需要硬件方面的開發人才，即量子計算機建設的人才。另一方面是量子計算應用類的人才，例如機器學習和量子計算的跨領域交叉人才等，都需要在真正的系統中磨練、結合。

“實驗機構、教育機構、大學等都表示要開量子計算的學科，因為他們需要在這方面進行大量人才的儲備?！崩聿榈卤硎荆虼诵枰孔佑嬎惴諄碚莆杖绾稳パ邪l、建構量子計算機，以及開發配套的糾錯系統。相關服務為開發人員預開發好現成的量子計算算法，并提供不同類型的仿真模擬器，很多開發人員在開發出他們的算法之后，測試其實不是在真的計算機上去測試的，而是在這些模擬器上進行測試。

量子計算已經在為人類服務的路上

有報道稱，首個商用量子計算機公司D-Wave去年為新冠病毒研究人員提供免費的量子云計算服務?！傲孔佑嬎憧梢栽诜肿蛹墑e更好的進行現實世界的物質模擬，物質的本質是分子之間的互動，量子計算機在模擬這種互動方面有著巨大算力優勢?！崩聿榈路治?，比如新藥的開發、細胞級的系統開發、新材料的研發等都是量子計算機發力的領域。

日前，寶馬集團與亞馬遜云科技合作發起一項量子計算挑戰賽，來自全球量子計算領域的研究人員、初創企業和先鋒公司都可以向該挑戰賽提出特定工業挑戰的解決方案，并在真正的量子計算技術上測試其解決方案。

亞馬遜云科技工程副總裁比爾·瓦什表示：“推動量子計算領域的前沿研究并幫助企業為量子未來做好準備，這是我們推出量子計算云服務并在量子解決方案實驗室建立專家團隊的原因。量子計算尚處于早期階段，但其長期影響有望對許多行業產生變革性影響?！?/p>

相關專家也表示，量子計算還是處于非常不成熟的階段，目前量子計算機還處于實現單任務分析或單純計算任務的解決方面。未來，量子計算技術仍需要突破如何糾錯和如何把系統做大這兩個領域，才能有更進一步的發展和應用。