我们这个时代的主要科学挑战之一已成为创造第一台有用的量子计算机的竞赛。 数千名物理学家和工程师参与其中。 IBM、谷歌、阿里巴巴、微软和英特尔正在开发他们的概念。 强大的计算设备将如何改变我们的世界，为什么它如此重要？
想象一下：一台成熟的量子计算机已经被创建出来。 它已成为我们生活中熟悉且自然的元素。 经典计算现在只在学校的历史课上谈论。 在寒冷的地下室深处的某个地方，强大的机器通过量子比特运行，为人工智能机器人提供动力。 他们执行所有危险且简单单调的任务。 漫步在公园里，放眼望去，可以看到各种各样的机器人。 人形生物遛狗、卖冰淇淋、修理电线和清扫该地区。 有些模型取代了宠物。
我们有机会揭示宇宙的所有秘密并审视我们自己的内心。 医学已经达到了一个新的水平——每周都有创新药物被开发出来。 我们可以预测并确定天然气和石油等稀缺资源的位置。 全球变暖问题得到解决，节能方式得到优化，城市不再拥堵。 量子计算机不仅控制所有机器人汽车，还确保自由移动：它监控道路状况，调整路线，并在必要时接管驾驶员的控制权。 这就是量子时代的样子。
量子淘金热
应用前景令人惊叹，这就是为什么量子开发的投资每年都在增长的原因。 81,6 年全球量子计算市场价值 2018 万美元。 Market.us 专家估计，到 2026 年，这一数字将达到 381,6 亿美元。 即21,26年至2019年平均每年增长2026%。
这种增长是由量子密码学在安全应用中的日益使用以及量子计算市场利益相关者的投资推动的。 根据科学杂志《自然》的分析，截至今年年初，私人投资者已资助了全球至少 52 家量子技术公司。 IBM、谷歌、阿里巴巴、微软、英特尔和 D-Wave Systems 等主要参与者正在努力创建实用的量子计算机。
是的，只要每年流入该领域的资金只是一笔小额支出（与 2018 年人工智能投资 9,3 亿美元相比）。 但对于一个尚未拥有绩效指标的不成熟行业来说，这些数字意义重大。
解决量子问题
您需要了解，今天这项技术仍处于起步阶段。 只能创建量子机器和单一实验系统的原型。 它们能够执行低复杂度的固定算法。 第一台 2 量子位计算机于 1998 年诞生，人类花了 21 年才将这些设备提升到适当的水平，即所谓的“量子霸权”。 这个术语是由加州理工学院教授约翰·普雷斯基尔创造的。 这意味着量子设备能够比最强大的经典计算机更快地解决问题。
加州谷歌公司在这一领域取得了突破。 2019 年 53 月，该公司宣布其 200 量子位 Sycamore 设备在 10 秒内完成了一项计算，而最先进的超级计算机需要 000 年才能完成。 该声明引起了很大争议。 IBM 断然不同意这样的计算。 该公司在博客中写道，其 Summit 超级计算机将在 2,5 天内完成这项任务。 所需要的只是增加磁盘存储容量。 虽然实际上差距并没有那么大，但谷歌确实是第一个实现“量子霸权”的。 这是计算机研究的一个重要里程碑。 但仅此而已。 Sycamore 的壮举纯粹是为了演示目的。 它没有实际应用，对于解决实际问题没有用处。
主要问题是硬件。 虽然传统的计算位的值为 0 或 1，但在奇怪的量子世界中，量子位可以同时处于两种状态。 这个性质称为叠加。 量子比特就像旋转的陀螺：它们顺时针和逆时针旋转，上下移动。 如果你觉得这很令人困惑，那么你就遇到了很好的同伴。 理查德·费曼（Richard Feynman）曾经说过：“如果你认为你了解量子力学，那么你其实并不了解它。” 因量子力学而获得诺贝尔奖的人的勇敢言论。
因此，量子位极不稳定，容易受到外部影响。 一辆汽车从实验室窗户下经过、冷却系统的内部噪音、飞行的宇宙粒子——任何随机干扰、任何相互作用都会破坏它们的同步性，导致它们退相干。 这对计算是不利的。
量子计算发展的关键问题是，在众多探索的硬件解决方案中，哪种硬件解决方案能够确保量子位的稳定性。 谁解决了相干性问题，让量子计算机像GPU一样普及，谁就能获得诺贝尔奖，成为世界首富。
商业化之路
2011年，加拿大公司D-Wave Systems Inc. 是第一个销售量子计算机的公司，尽管它们的用处仅限于某些数学问题。 在接下来的几个月中，数百万开发人员将能够开始通过云使用量子处理器 - IBM 承诺提供对其 53 量子位设备的访问。 到目前为止，已有 20 家公司通过名为 Q Network 的计划获得了这一特权。 其中包括设备制造商三星电子、汽车制造商本田汽车和戴姆勒、化学公司 JSR 和 Nagase、银行摩根大通公司。 和巴克莱银行。
如今，大多数尝试量子计算的公司都将其视为未来不可或缺的一部分。 他们现在的主要任务是找出什么在量子计算中有效，什么无效。 准备好成为第一个将技术引入业务的人。
运输组织。 大众汽车与 D-Wave 正在开发一种量子应用——交通控制系统。 新计划将使大城市的公共交通组织和出租车公司能够更有效地使用其车队并最大限度地减少乘客等待时间。
能源部门。 埃克森美孚和 IBM 正在推动量子计算在能源领域的应用。 他们专注于开发一系列新能源技术、提高能源效率和减少温室气体排放。 能源部门面临的挑战的规模和复杂性超出了当今传统计算机的范围，非常适合在量子计算机上进行测试。
制药公司。 埃森哲实验室正在与量子软件公司 1QBit 合作。 在短短两个月内，他们从研究转向概念验证——使用应用程序在原子水平上模拟复杂的分子相互作用。 得益于量子计算的力量，现在可以分析更大的分子。 这将为社会带来什么？ 副作用最小的创新药物。
金融领域。 基于量子理论原理的技术越来越吸引银行的兴趣。 他们有兴趣尽快处理交易、交易和其他类型的数据。 巴克莱银行和摩根大通（与 IBM）以及 NatWest（与富士通）已经在开发专用软件方面进行实验。
如此大公司的接受以及富有进取心的量子先驱的出现充分说明了量子的商业可行性。 我们已经看到量子计算被应用于解决现实世界的问题，从提高能源效率到优化车辆路线。 重要的是，该技术的价值将随着其发展而增加。
来源： habr.com