量子计算真的能解决任何有用的问题吗？

成为量子计算书呆子（或狂热者，对于我们这些不太容易自嘲的人）的危险之处在于，不可避免地会出现一个明显的问题。这个问题是：“但是量子计算机能做什么而经典计算机不能？”

老实说，这是一个有点时髦的问题。不是因为量子计算不能做任何现实世界中很酷的事情，而是因为我们有限的头脑还没有完全设法开发出对量子效应可能提供的优势非常有用的算法。例如，如果这是一种精神上的困境，那就类似于一个人试图将他们的思想围绕在一个无所不知、无所不能的神的概念上。这很难，因为我们不知道我们不知道什么。

在我们目前确定的与量子计算相关的非常小的领域中，量子计算机可以使用 Quantum Algorithm Zoo 中的一系列已知算法。但是这个列表，就像维基百科上的另一个列表一样，是一项正在进行的工作。一个人必须乐于钻研高级数学系统领域——它们被称为神谕——事实证明，这是一个有点限制的因素。

当前——而且相当严酷——的事实是，实际上没有任何现实世界的问题只能用量子计算机解决。至少不是现在。如果你给它几百万或十亿年（以及足够的能量），我们目前关心的任何事情很可能可以在经典计算机上解决。并非每个计算钉都需要量子计算锤。IBM QStart 总监 Katie Pizzolato 和德克萨斯州奥斯汀量子计算初创公司 Strangeworks 的创始人兼首席执行官 William Hurley 就量子计算的现状发表了自己的看法。

不可否认量子计算的潜力

Pizzolato 说，我们仍处于量子计算的早期阶段，至少还需要几年时间才能解决经典计算机无法解决的问题，不过他补充说，这并不意味着人们还没有尝试过. “我们有 130 多家代表世界 500 强公司、学术机构、研究实验室、政府实验室和初创公司的组织，他们今天在真实的量子硬件上试验真实的商业问题，”她说。

量子计算继续吸引我们的想象力并引起如此多兴趣的原因是它解决一组特定问题的潜在速度仍然非常吸引人，即使我们还没有完全做到这一点。从理论上讲，量子计算机的复杂程度意味着它可以解决众多行业的史诗般的挑战，从制药到运输到基础设施再到金融和网络安全。这是因为量子计算机擅长因式分解大得离谱的数字，并且擅长解决旅行商问题等数学难题，这些问题很快就会让经典计算机不堪重负。

“我认为公众很可能会错过量子计算的所有奇迹，”赫尔利说。“他们会受到影响，但很可能不是直接用户，因此可能不会感到意外。” Hurley 说，不太可能很快开发出一种供人们在讨论量子计算能力时指出的“杀手级应用程序”类型的算法。

那么，如果很难提出要解决的现实问题，为什么还要对它充满热情呢？赫尔利说，因为量子计算机不能解决现实世界中的大问题并不意味着它不能在这个过程中提供帮助。事实上，他认为从量子计算的角度来看，气候变化和癌症研究中发现的一些计算复杂性将是探索的良好候选对象。

“虽然我不确定量子是否会‘解决’其中任何一个，但我确实认为它将对这两个领域的最新技术水平产生巨大影响，”他说。

Pizzolato 对量子计算对许多科学技术领域的影响持乐观态度。“它背后的想法从根本上是创新的，并且正在不断研究新的想法，”她说。她说，量子研究人员一直在“突破量子计算机所能做的事情的界限，同时弄清楚它如何影响我们生活的世界”。然而，要做到这一点，就需要与金融服务行业、能源、电子、汽车、化学、医疗保健和航空等行业的技术领导者保持不断的接触。

在接下来的十年里，Pizzolato 对新材料的模拟或药物发现等事情寄予厚望。

在某些问题上，量子计算机比传统计算机具有天然的指数优势，例如本质上是量子的问题，如量子化学，”Pizzolato 说。她说，机器学习是量子计算加速的另一个很好的候选者。“我们期待更多的研究来建立实际应用的优势，”她说。

Hurley 说，仅仅因为公众还看不到量子计算的具体结果，并不意味着它对现实生活中的问题无关紧要。“我认为我们在政府投资于量子计算的数十亿美元中看到了这一点，”他说。“这比人们乍一看可能想的要大得多。

美国最近宣布了一项 10 亿美元的量子和人工智能计划，其中 3 亿美元用于开发新的能源部量子计算实验室。

结论

或许——就像道格拉斯·亚当斯在《银河系漫游指南》中的超级计算机“深度思考”一样，它对“生命、宇宙和一切的终极问题”的回答是 42——这并不是要解决我们知道如何解决的问题问，但要问量子计算可以解决的正确问题。

因为，你知道量子计算机不能做什么吗？它不能告诉你它是否可以做任何有用的事情。可能需要我们中间的创意人员自己解决这个问题。

审核编辑黄昊宇