我們這個時代的主要科學挑戰之一已成為創造第一台有用的量子電腦的競賽。 數千名物理學家和工程師參與其中。 IBM、Google、阿里巴巴、微軟和英特爾正在發展他們的概念。 強大的運算設備將如何改變我們的世界，為什麼它如此重要？
想像一下：一台成熟的量子電腦已經被創建出來。 它已成為我們生活中熟悉且自然的元素。 經典計算現在只在學校的歷史課上談論。 在寒冷的地下室深處的某個地方，強大的機器透過量子位元運行，為人工智慧機器人提供動力。 他們執行所有危險且簡單單調的任務。 漫步在公園裡，放眼望去，可以看到各種不同的機器人。 人形生物遛狗、賣冰淇淋、修理電線和清掃該地區。 有些模型取代了寵物。
我們有機會揭示宇宙的所有秘密並審視我們自己的內心。 醫學已經達到了一個新的水平——每週都有創新藥物被開發出來。 我們可以預測並確定天然氣和石油等稀缺資源的位置。 全球暖化問題解決，節能方式優化，城市不再擁擠。 量子電腦不僅控制所有機器人汽車，還確保自由移動：它監控道路狀況，調整路線，並在必要時接管駕駛員的控制權。 這就是量子時代的樣子。
量子淘金熱
應用前景令人驚嘆，這就是為什麼量子開發的投資每年都在成長的原因。 81,6 年全球量子運算市場價值 2018 萬美元。 Market.us 專家估計，到 2026 年，這一數字將達到 381,6 億美元。 即21,26年至2019年平均每年增長2026%。
這種增長是由量子密碼學在安全應用中的日益使用以及量子計算市場利益相關者的投資所推動的。 根據科學期刊《自然》的分析，截至今年初，私人投資者已資助了全球至少 52 家量子科技公司。 IBM、Google、阿里巴巴、微軟、英特爾和 D-Wave Systems 等主要參與者正在努力創建實用的量子電腦。
是的，只要每年流入該領域的資金只是一筆小額支出（與 2018 年人工智慧投資 9,3 億美元相比）。 但對於一個尚未擁有績效指標的不成熟產業來說，這些數字意義重大。
解決量子問題
您需要了解，今天這項技術仍處於起步階段。 只能創建量子機器和單一實驗系統的原型。 它們能夠執行低複雜度的固定演算法。 第一台 2 量子位元電腦誕生於 1998 年，人類花了 21 年的時間將這些設備提升到適當的水平，即所謂的「量子霸權」。 這個術語是由加州理工學院教授約翰·普雷斯基爾創造的。 這意味著量子設備能夠比最強大的經典電腦更快解決問題。
加州谷歌公司在這一領域取得了突破。 2019 年 53 月，該公司宣布其 200 量子位元 Sycamore 設備在 10 秒內完成了一項計算，而最先進的超級電腦需要 000 年才能完成。 該聲明引起了很大爭議。 IBM 斷然不同意這樣的運算。 該公司在部落格中寫道，其 Summit 超級電腦將在 2,5 天內完成這項任務。 所需要的只是增加磁碟儲存容量。 雖然實際上差距並沒有那麼大，但谷歌確實是第一個實現「量子霸權」的。 這是電腦研究的一個重要里程碑。 但僅此而已。 Sycamore 的壯舉純粹是為了演示目的。 它沒有實際應用，對於解決實際問題沒有用。
主要問題是硬體。 雖然傳統的計算位的值為 0 或 1，但在奇怪的量子世界中，量子位元可以同時處於兩種狀態。 這個性質稱為疊加。 量子位元就像旋轉的陀螺：它們順時針和逆時針旋轉，上下移動。 如果你覺得這很令人困惑，那麼你就遇到了很好的同伴。 理查德·費曼（Richard Feynman）曾經說過：“如果你認為你了解量子力學，那麼你其實並不了解它。” 因量子力學而獲得諾貝爾獎的人的勇敢言論。
因此，量子位極不穩定，容易受到外在影響。 一輛汽車從實驗室窗戶下經過、冷卻系統的內部噪音、飛行的宇宙粒子——任何隨機幹擾、任何相互作用都會破壞它們的同步性，導致它們退相干。 這對計算是不利的。
量子計算發展的關鍵問題是，在眾多探索的硬體解決方案中，哪種硬體解決方案能夠確保量子位元的穩定性。 誰解決了相干性問題，讓量子電腦像GPU一樣普及，誰就能獲得諾貝爾獎，成為世界首富。
商業化之路
2011年，加拿大公司D-Wave Systems Inc. 是第一個銷售量子電腦的公司，儘管它們的用處僅限於某些數學問題。 在接下來的幾個月中，數百萬開發人員將能夠開始透過雲端使用量子處理器 - IBM 承諾提供對其 53 量子位元設備的存取。 到目前為止，已有 20 家公司透過名為 Q Network 的計畫獲得了這項特權。 其中包括設備製造商三星電子、汽車製造商本田汽車和戴姆勒、化學公司 JSR 和 Nagase、銀行摩根大通。 和巴克萊銀行。
如今，大多數嘗試量子運算的公司都將其視為未來不可或缺的一部分。 他們現在的主要任務是找出什麼在量子計算中有效，什麼無效。 準備好成為第一個將技術引入業務的人。
運輸組織。 大眾汽車與 D-Wave 正在開發一種量子應用—交通控制系統。 新計劃將使大城市的公共交通組織和計程車公司能夠更有效地使用其車隊並最大限度地減少乘客等待時間。
能源部門。 埃克森美孚和 IBM 正在推動量子運算在能源領域的應用。 他們專注於開發一系列新能源技術、提高能源效率和減少溫室氣體排放。 能源部門面臨的挑戰的規模和複雜性超出了當今傳統電腦的範圍，非常適合在量子電腦上進行測試。
製藥公司。 埃森哲實驗室正在與量子軟體公司 1QBit 合作。 在短短兩個月內，他們從研究轉向概念驗證——使用應用程式在原子層面上模擬複雜的分子相互作用。 得益於量子計算的力量，現在可以分析更大的分子。 這將為社會帶來什麼？ 副作用最小的創新藥物。
金融領域。 基於量子理論原理的技術越來越吸引銀行的興趣。 他們有興趣盡快處理交易、交易和其他類型的數據。 巴克萊銀行和摩根大通（與 IBM）以及 NatWest（與富士通）已經在開發專用軟體方面進行實驗。
如此大公司的接受以及進取的量子先驅的出現充分說明了量子的商業可行性。 我們已經看到量子運算被應用於解決現實世界的問題，從提高能源效率到優化車輛路線。 重要的是，該技術的價值將隨著其發展而增加。
來源： www.habr.com