计算机领域即将迎来一场翻天覆地变革 并非AI
计算机领域即将迎来一场翻天覆地的变革（但这并非人工智能）
CNN
IBM量子晶圆的生产地——奥尔巴尼纳米技术中心。 IBM
研发革命性的药物、测试汽车新材料以及模拟市场情景如何影响银行——即使使用最先进的计算机，这些任务也可能需要数月甚至数年的时间才能完成。
但如果这个时间范围能缩短到几分钟或几小时呢？
这就是量子计算的魅力所在。几十年来，量子计算一直是研究的热点领域，并吸引了科技巨头和初创企业 的越来越多的 关注和投资。
周三，IBM发布了其新型实验性处理器Loon和Nighthawk量子计算芯片，后者能够执行比上一代产品更复杂的计算。过去两年，谷歌 、微软和其他科技公司也相继发布了与量子计算相关的公告。
麦肯锡公司 预测，到2035年，量子计算有望为某些行业带来1.3万亿美元的价值增长，这并非没有道理。专家认为，量子计算有望在密码学、金融、科学和交通运输等领域取得突破性进展。IBM表示，这项技术可以在几分钟或几小时内解决一些通常需要传统计算机花费数千年才能解决的问题。
但前路漫漫。破解量子计算并非升级现有计算机那么简单，而是一种完全不同的计算方法，它依赖于量子物理学的原理。
“战斗机并非因为有翅膀就比法拉利更快，”卡内基梅隆大学泰珀商学院教授斯里达尔·塔尤尔说。“量子计算也并非只是比经典计算机更快，因为它的工作原理不同。”
量子计算机有何不同之处？
计算机使用由0和1组成的语言（也称为“比特”）来存储和处理信息。但量子计算使用的是“量子比特”（也称为“量子位”）。量子位并非只有0或1两种状态，而是可以同时表现为0或1，存在于0和1之间的各种状态，这使得它们能够更快地处理信息。
正如 CNN 的安娜·斯图尔特解释的那样，可以 把它想象成一枚抛硬币。比特就像硬币正面朝上或反面朝上时的状态，而量子比特就像硬币在正面和反面之间旋转时的状态，或者说，就像硬币可以同时代表正面和反面时的状态。
2024 年 11 月 25 日，在加利福尼亚州圣巴巴拉的谷歌量子人工智能实验室，谷歌量子人工智能的 Hartmut Neven（左）和 Anthony Megrant 正在检查用于冷却量子计算芯片的低温恒温器。 斯蒂芬·内利斯/路透社
但 不要指望量子计算机能取代你的笔记本电脑或智能手机。相反，这类计算机非常适合解决涉及化学和数学的宏观问题，因此它们有可能在健康、环境研究、金融、材料科学和密码学等领域带来变革。
例如，宝马集团和空客公司正与量子计算初创公司Quantinuum合作，研究如何将这项技术应用于燃料电池的开发。与此同时，埃森哲实验室、生物技术公司Biogen和量子计算公司1QBit正在合作开展与药物发现相关的研究。埃森哲在其网站上表示，量子计算机可以比较比传统计算机能够计算的分子大得多的分子。
“人们最大的希望是，量子计算机可以模拟你在实验室中进行的任何化学或生物实验，”麻省理工学院 电气工程与计算机科学系副教授阿南德·纳塔拉詹说。
纳塔拉詹表示，量子计算在密码学和网络安全领域可能具有巨大的影响力，因为它可以用来破解用于保护数据的代码。
“所以这也是一个主要动力，确保我们的对手无法做到这一点，并且我们拥有这种能力，”他说。
《华尔街日报》 10 月份报道称，一些量子计算公司正在与美国商务部商讨潜在的交易，这些交易将以联邦资金换取股权。
当被问及此事时，美国商务部发言人告诉 CNN，该部门“目前没有与量子计算公司就股权谈判进行磋商”。
破解量子计算的竞赛
但量子计算要解决现代难题，该行业仍需克服一系列挑战。例如，量子比特极其脆弱，极易受到温度或光照变化等外部因素的影响。
IBM 的新型实验性 Loon 处理器旨在解决这一难题，它证明了构建大规模容错量子计算机所需的组件已经存在，即使存在错误也能有效运行。鉴于量子比特极易受到干扰，错误不可避免，因此这是一个重要的进步。
IBM 研究主管杰伊·甘贝塔表示：“如果我只是震动一下桌子，就会损坏我们的量子计算机。哪怕只有一点点光射进去，也会对它造成损害。”
IBM 的一名研究人员拿着晶圆，也就是用于制造处理器和芯片的硅片，这是该公司 Loon 实验性量子处理器的部件。 IBM
据甘贝塔称，IBM 的新型 Nighthawk 芯片可以运行更复杂的“逻辑门”。正如美国国家标准与技术研究院所描述的 那样，逻辑门是量子计算机用来处理信息的“基本构建模块” 。
IBM只是量子计算竞赛中的众多竞争者之一。微软在2月份推出了Majorana 1量子计算芯片。该公司称，该芯片包含一种特殊材料，可以创造一种新的物质状态，从而产生更稳定的量子比特。谷歌在12月份发布了Willow量子计算芯片，该公司表示，随着量子比特数量的增加，该芯片可以减少错误，并且能够在5分钟内完成传统计算机需要10万亿亿年才能完成的任务。
还有一段路要走。
量子计算何时才能真正发挥其潜力，目前尚无定论。
纳塔拉詹认为，我们可能还需要一到二十年的时间才能实现这一目标。麦肯锡表示，在其采访的科技高管、投资者和学者中，72%的人认为完全容错的量子计算机有望在2035年问世。IBM则预计将在本十年末实现容错量子计算。
但一旦发生，好处可能是巨大的。
“从某种意义上说，我们现在就像是用勺子和叉子做脑外科手术。但理想情况下，要做脑外科手术，你需要更精密的工具，”卡内基梅隆大学的塔尤尔说。“而这些更精密的工具正是量子计算机的优势之一。”
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