量子計(jì)算現(xiàn)在正處于風(fēng)口浪尖，成為世界領(lǐng)導(dǎo)人和投資者口中的熱門話題。就在上周，英國首相鮑里斯·約翰遜承諾英國將“大力發(fā)展量子計(jì)算”，幾乎同時(shí)，澳大利亞總理斯科特·莫里森宣布了一項(xiàng)新的關(guān)鍵技術(shù)藍(lán)圖，其中包括在未來十年中投資1億澳元以建立新的量子商業(yè)化中心。

大家突然如此重視量子計(jì)算是有原因的：這是一種與我們過去完全不同的計(jì)算方式。預(yù)計(jì)量子計(jì)算將在人工智能、密碼學(xué)等基礎(chǔ)設(shè)施和國防的關(guān)鍵研究領(lǐng)域方面取得巨大飛躍。根據(jù)美國科技公司霍尼韋爾的預(yù)計(jì)，未來 30 年整個(gè)量子計(jì)算行業(yè)的價(jià)值將達(dá)到1萬億美元。

在澳大利亞，初創(chuàng)公司 Q-CTRL 是這個(gè)快速擴(kuò)張的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者之一，而它的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官邁克爾·比爾庫克 （Michael Biercuk ）教授則是其領(lǐng)軍人物之一。

Q-CTRL 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官邁克爾·比爾庫克教授（圖片來源：Q-CTRL?）

Q-CTRL 公司在今年早些時(shí)候發(fā)布了一種利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行量子計(jì)算糾錯(cuò)的新方法，迅速占據(jù)了新聞?lì)^條。因?yàn)闇p少計(jì)算過程中由環(huán)境“噪音”引起的錯(cuò)誤，無疑是量子計(jì)算領(lǐng)域目前最大的挑戰(zhàn)之一，也是迄今為止阻礙其可擴(kuò)展性的因素。Q-CTRL 現(xiàn)在已被提名為InnovationAus 2021 卓越獎(jiǎng)的國防類別決賽選手。

要了解量子計(jì)算的重要一點(diǎn)是，它不是任何當(dāng)前經(jīng)典計(jì)算機(jī)的替代技術(shù)，而是一項(xiàng)有潛力解決我們未來面臨的問題的新技術(shù)，如實(shí)現(xiàn)更加真實(shí)的氣候建模、更高效的太陽能轉(zhuǎn)化和電力存儲(chǔ)、更加安全的加密、更加高效的投資、更有效的藥物等等。

“量子計(jì)算不同于經(jīng)典計(jì)算，就像今天的計(jì)算機(jī)不同于算盤一樣?！北葼枎炜私淌诮忉屨f，“我們不應(yīng)該將量子計(jì)算視為下一代筆記本電腦或云服務(wù)器。相反，我們應(yīng)該將其視為一種完全不同的信息編碼和處理方式?！?/p>

無需深入研究事物的深層物理學(xué)，量子計(jì)算設(shè)備通過同時(shí)運(yùn)行數(shù)十億個(gè)場(chǎng)景并準(zhǔn)確計(jì)算任何給定結(jié)果的概率來工作。理論上，量子計(jì)算機(jī)最終將能夠快速計(jì)算今天的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要數(shù)十億年才能解決的問題。

比爾庫克教授表示：“我最喜歡的量子計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域是量子化學(xué)和材料科學(xué)，我們目前非常擅長(zhǎng)表征已有的化學(xué)品和材料的特性，包括顏色、硬度、反應(yīng)速率等。但我們想設(shè)計(jì)具有我們想要的特性的材料或化學(xué)品時(shí)，就很困難，主要是因?yàn)槲覀儧]有能力在電腦里對(duì)這些問題進(jìn)行建模。”

理論上，量子計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行所有可能的結(jié)構(gòu)組合，從而從本質(zhì)上發(fā)明一種完全適合某些特定目的的新材料。

“與我們今天的通用機(jī)器相比，量子計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)解決不同的問題，因?yàn)樗鼈冏裱煌囊?guī)則——這些規(guī)則恰好利用了量子物理學(xué)的某些特性，可以為某些類型的問題帶來優(yōu)勢(shì)，”比爾庫克教授說。“這些問題的重要性令人興奮。”

正是因?yàn)榱孔佑?jì)算能夠解決的問題如此重要，因此目前已經(jīng)開始了21世紀(jì)的太空競(jìng)賽——或者更準(zhǔn)確地說是量子競(jìng)賽。尤其是量子計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)安全、國防物流和金融市場(chǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，因此處于破解密碼的量子計(jì)算的前沿研究被認(rèn)為是至關(guān)重要的。

Q-CTRL入圍了InnovationAus2021卓越獎(jiǎng)的國防類決賽（圖片來源：Q-CTRL?）

而糾正環(huán)境噪音是量子計(jì)算研究中的絕對(duì)關(guān)鍵。在相關(guān)技術(shù)完善之前，量子計(jì)算將無法超過幾百個(gè)量子比特。這使得Q-CTRL的工作非常重要，迄今為止，Q-CTRL的工具已經(jīng)為現(xiàn)有硬件中展示的量子算法提供了超過 25 倍的性能優(yōu)勢(shì)。

比爾庫克教授說：“量子未來比我們想象的更近。我們預(yù)計(jì)，在接下來的幾年里我們將跨越量子優(yōu)勢(shì)的門檻，屆時(shí)選擇量子解決方案，而不是最好的經(jīng)典替代方案，實(shí)際上是有益的?！?/p>

編譯：王珩

編輯：慕一