虚高和不切实际的近期商业愿景 量子计算领域的过度炒作

量子计算在话题炒作方面可能仅排在人工智能之下。 Alphabet、亚马逊和微软等大型科技公司在量子计算领域进行了大量的研发工作。许多初创公司也如雨后春笋般涌现，其中一些拥有惊人的估值。例如，IonQ 在 10 月份通过一家特殊目的收购公司上市时估值为 20 亿美元。在过去三年中，大部分商业活动都以惊人的速度演进。

我(Sankar Das Sarma，马里兰大学凝聚态物理中心的主任)尽可能地支持量子计算：我已发表了 100 多篇关于这个主题的技术论文，我的许多博士生和博士后研究员现在是全世界知名的量子计算从业者。但我最近看到的量子计算炒作令人不安，特别是在将其商业化时。

确实存在已建立的量子计算机应用程序。最著名的是 Peter Shor 1994 年的理论论证，即量子计算机可以比所有经典系统更快地解决寻找大数素因数的难题。素数分解是普遍使用的基于 RSA 的密码学的核心，因此 Shor 的算法立即引起了世界各国政府的关注，从而为量子计算研究提供了大量资金。

唯一的问题？实际上制造一台可以做到这一点的量子计算机。

这基于实施由 Shor 和其他人开创的被称为量子纠错的思想，这是应对量子态因环境噪声而迅速消失(被称为“退相干”的现象)的过程。 1994 年，科学家们认为实现量子纠错很​​容易，因为毕竟没有和物理学的内容相冲突。但在实践中，却发现极其困难。

当今最先进的量子计算机具有数十个去相干物理量子比特。建造一台可以从这些组件中破解 RSA 代码的量子计算机将需要数百万甚至数十亿量子比特。只有数万个将用于计算——所谓的逻辑量子位；其余的将用于纠错，补偿退相干。

由哈佛大学和麻省理工学院的物理学家发起的 QuEra Computing 正在尝试一种不同的量子方法来解决难以完成的计算任务。

我们今天拥有的量子比特系统是一项巨大的科学成就，但距离实用性还有很长的路要走。类似于尝试使用 1900 年代初期的真空管制造当今最好的智能手机。你可以把 100 根管子放在一起，如果你能以某种方式让 100 亿个管子以一种连贯、无缝的方式一起工作，你就可以创造各种奇迹。然而，缺少的是导致智能手机的集成电路和 CPU 的突破——从晶体管的发明到智能手机需要 60 年非常艰苦的工程研发，而这个过程中还没有涉及新的物理学。

事实上有一些想法，通过使用更稳定的量子比特绕过量子纠错，采用一种称为拓扑量子计算的方法。微软正在研究这种方法。但事实证明，开发拓扑量子计算硬件也是一个巨大的挑战。目前尚不清楚广泛的量子纠错或拓扑量子计算(或其他东西，如两者之间的混合体)是否会成为最终的赢家。

众所周知，物理学家很聪明(披露：原作者是一名物理学家)，而且一些物理学家也非常擅长提出具有实质性意义的首字母缩略词。对抗退相干的巨大困难导致了令人印象深刻的“噪音的中尺度量子”计算机的——首字母缩写词 NISQ——因为它认为有少量噪音的物理量子比特也可以做一些有用的事情，而且比经典计算机做得更好。我不确定这个术语对应的实体是什么：有多少噪音？多少个量子比特？为什么这是一台电脑？这样的 NISQ 机器可以解决哪些有价值的问题？

谷歌最近的一项实验室实验使用 20 个带噪音的超导量子比特观察到了量子动力学(被称为“时间晶体”)的一些理论预言。该实验是电子控制技术的一次令人印象深刻的展示，但与传统计算机相比，它没有显示出计算优势，传统计算机可以轻松地模拟具有相似数量虚拟量子比特的时间晶体。它也没有揭示任何关于时间晶体的基本物理学的信息。 NISQ 的其他胜利是最近模拟随机量子电路的实验，这又是一个高度专业的实验。

但这一任务没有任何商业价值。

NISQ 无疑是一个极好的新基础理念——它可以开拓量子动力学等基础领域的物理研究。但是，尽管来自各种量子计算初创公司的 NISQ 宣传不断，但其商业化潜力还远未明朗。我看到了关于如何将 NISQ 用于快速优化甚至 AI 训练的模糊说法。我不是优化或人工智能方面的专家，但我问过专家，他们同样感到困惑。我问过参与各种初创公司的研究人员，NISQ 将如何优化涉及现实世界应用程序的艰巨任务，我将他们复杂的答案解释为——基本上是说，由于我们不太了解经典机器学习和 AI 的真正工作原理，因此有可能NISQ 可以更快地做到这一点。也许吧，但这是最好的希望，而非技术。

有人提议使用小型量子计算机进行药物设计，作为一种快速计算分子结构的方法，这是一个令人费解的应用，因为量子化学只是整个过程的一个小部分。同样令人困惑的是，近期量子计算机将有助于金融的说法。没有论文令人信服地证明小型量子计算机，更不用说 NISQ 机器，可以导致算法交易或风险评估或套利或对冲或目标和预测或资产交易或风险分析的显著优化。然而，这并没有阻止几家投资银行加入量子计算的潮流。

一台真正的量子计算机将拥有今天无法想象的应用，就像 1947 年制造第一颗晶体管时一样，没有人能预见到它最终会如何发展成为智能手机和笔记本电脑。我满怀希望，并且坚信量子计算是一种潜在的颠覆性技术，但声称它会在不久的将来开始为销售服务或产品的真实公司带来数百万美元的利润，这让我非常困惑。如何？

量子计算确实是最重要的发展之一，不仅在物理学，而且在所有科学领域。但“纠缠”和“叠加”并不是我们可以摇晃并期望在不久的将来改变技术的魔杖。量子力学确实很奇怪且违反直觉，但这本身并不能保证收入和利润。

十多年前，我经常被问到何时能建造一台真正的量子计算机。 (有趣的是，我不再面对这个问题，因为量子计算的炒作显然已经让人们相信这些系统已经存在或指日可待)。我明确的回答总是我不知道。预测技术的未来是不可能的——当它发生时它就会发生。人们可能会尝试与过去进行类比。航空业用了 60 多年的时间，从莱特兄弟发展成为载有数百名乘客数千英里的大型喷气式飞机。直接的问题是，按照今天的情况，量子计算的发展应该放在那个时间线上。是 1903 年的莱特兄弟吗？ 1940 年左右的第一架喷气式飞机？或者，也许我们还可以追溯到 16 世纪初，还有达芬奇的飞行器？我不知道。其他人也不会。

https://www.technologyreview.com/2022/03/28/1048355/quantum-computing-has-a-hype-problem/