研发突破性药物、测试汽车新材料、模拟市场情景对银行的影响 —— 即便使用最先进的计算机，这类任务中的部分仍可能需要数月甚至数年才能完成。
但如果能将这一时间缩短至几分钟或几小时呢？
这正是量子计算背后的愿景。量子计算领域已研究数十年，如今正吸引科技巨头与初创企业越来越多的关注与投资。
11 月 12 日（周三），IBM 发布了新型实验性 “潜鸟”（Loon）处理器与 “夜鹰”（Nighthawk）量子计算芯片，其能执行比前代产品更复杂的计算任务。过去两年间，谷歌、微软等科技公司也陆续发布了与量子计算相关的消息。
据麦肯锡公司（McKinsey & Company）预测，到 2035 年，量子计算有望为部分行业带来 1.3 万亿美元的价值增长，这一预测并非空穴来风。专家认为，量子计算可能在密码学、金融、科学、交通等领域催生突破性进展；IBM 则表示，对于一些传统计算机需要数千年才能解决的问题，该技术可能只需几分钟或几小时就能完成。
但量子计算的发展仍有很长的路要走。实现量子计算并非升级现有计算机那么简单，它是一种完全独立的计算方式，依托于量子物理学原理。
“战斗机并非因为有翅膀就成为‘更快的法拉利’，” 卡内基梅隆大学泰珀商学院（Carnegie Mellon University’s Tepper School of Business）教授斯里达尔・塔尤尔（Sridhar Tayur）表示，“量子计算机也不只是‘更快的传统计算机’，因为它的工作原理完全不同。”
量子计算机为何与众不同？
传统计算机通过由 “0” 和 “1” 组成的语言存储和处理信息，这种基本单位被称为 “比特”（bit）。而量子计算使用的是 “量子比特”（qubit，简称 “ qubits”）。与只能是 “0” 或 “1” 的比特不同，量子比特可同时呈现 “0” 和 “1” 的状态，也能处于 “0” 与 “1” 之间的过渡状态，这使得它们处理信息的速度大幅提升。
正如美国有线电视新闻网（CNN）的安娜・斯图尔特（Anna Stewart）所解释的，可将其类比为一枚硬币：比特如同硬币落地后呈现的 “正面” 或 “反面”，而量子比特则像旋转过程中的硬币 —— 既可能是正面，也可能是反面，甚至能同时代表正面与反面。
但无需期待量子计算机取代你的笔记本电脑或智能手机。这类计算机的优势在于解决涉及化学、数学的宏观复杂问题，因此可能在医疗健康、环境研究、金融、材料科学、密码学等领域带来颠覆性变革。
例如，BMWYY>宝马集团（BMW Group）与空客（Airbus）正与量子计算初创企业 Quantinuum 合作，研究该技术在燃料电池研发中的应用。与此同时，埃森哲实验室（Accenture Labs）、生物技术公司百健（Biogen）与量子计算公司 1QBit 也在联合开展药物研发相关研究。埃森哲在其官网表示，量子计算机能够对比传统计算机无法处理的更大分子。
“人们最大的期望是，量子计算机能模拟实验室中所有类型的化学或生物实验，” 麻省理工学院（MIT）电子工程与计算机科学副教授阿南德・纳塔拉詹（Anand Natarajan）表示。
纳塔拉詹指出，量子计算还可能对密码学与网络安全产生重大影响，因为它可用于破解保护数据的密码。
“因此，确保对手无法掌握这项能力、同时我们自身拥有该能力，也成为研发量子计算的重要动机。” 他说。
《华尔街曰报》10 月报道称，数家量子计算公司正与美国商务部商讨潜在合作 —— 以股权换取联邦资金支持。
当被问及此事时，美国商务部发言人向 CNN 表示，“目前未与量子计算公司就股权问题进行谈判”。
攻克量子计算的竞赛
但在量子计算能够解决当下难题之前，该行业仍需克服一系列挑战。例如，量子比特极其脆弱，极易受温度变化、光线照射等外部因素影响。
IBM 的新型实验性 “潜鸟” 处理器正试图解决这一难题：它证明已有组件可用于大规模构建 “容错量子计算机”—— 即便出现错误，这类计算机仍能有效运行。这是关键的一步，因为量子比特对干扰极为敏感，出错在所难免。
“哪怕我晃动一下桌子，都可能导致我们的量子计算机瘫痪；哪怕有一点点光线渗入，都可能对它造成损害，”IBM 研究部门主管杰伊・甘贝塔（Jay Gambetta）说。
甘贝塔介绍，与此同时，IBM 的新型 “夜鹰” 芯片能运行更复杂的 “量子门”（gates）。美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology）指出，“量子门” 是量子计算机处理信息的 “基本构建模块”。
IBM 只是量子计算竞赛中的参与者之一。今年 2 月，微软推出了 “马约拉纳 1 号”（Majorana 1）量子计算芯片，该芯片包含一种特殊材料 —— 微软表示，这种材料能创造新的物态，进而生成更稳定的量子比特。去年 12 月，谷歌发布了 “柳树”（Willow）量子计算芯片，称其在使用更多量子比特时仍能减少错误，且能在 5 分钟内完成传统计算机需要 10 的 24 次方年（10 septillion years）才能完成的计算任务。
量子计算仍需时日
关于量子计算何时能真正发挥潜力，目前尚无定论。
纳塔拉詹认为，这可能还需要一二十年时间。麦肯锡表示，在其访谈的科技高管、投资者与学者中，72% 的人认为 “完全容错的量子计算机” 可能在 2035 年前问世。IBM 则预计，将在本十年（2020-2030 年）末实现容错量子计算。
但一旦实现，其带来的收益可能极为巨大。
“从某种意义上说，我们现在就像在用勺子和叉子做脑部手术，” 卡内基梅隆大学的塔尤尔表示，“但理想情况下，做脑部手术需要精细得多的工具 —— 而这种‘更精细的工具’，正是量子计算机的愿景之一。”
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责任编辑：郭明煜
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