IBM的量子计算机

IBM近日宣布了一项新业务“IBM Q”，旨在向企业和科研单位提供一种商用化的量子计算平台。

1989年，IBM用35个氙原子拼写公司名称。最近，IBM成立了新的业务部，推动量子计算业务的发展。IBM花了35年时间研究，现在量子计算终于走向真实世界，向客户推广了。也许再过几年，量子计算机就可以帮助亚马逊加快送货速度了。

IBM量子计算部门CTO、副总裁斯科特·克劳德（Scott Crowder）表示：“从今年开始，我们会让特定产业合作伙伴接入量子系统。”

许多企业将赌注下在量子计算上。量子计算是一项突破性技术，它可以给计算带来巨大进步。为什么今天的智能手表和上世纪的大型主机一样强大？看看摩尔定律就知道了，在过去几十年里芯片的进化与摩尔定律保持一致。现在一些计算机技术已经停滞不前，正因如此，2017年的笔记本并没有比2010年的笔记本快多少。

克劳德称：“摩尔定律难以为继。”量子计算机只是传统计算机的补充，而不是替代者。克劳德说：“有些问题传统计算机无法解决，我们可以用量子计算机解决。”

原子的行为和属性比较特殊，量子计算机正是利用了这些特殊性，不过量子计算机相当复杂，就连物理学家也难以理解。大学和政府实验室对量子计算机很感兴趣，一些创业公司（比如Rigetti、D-Wave）积极研究，微软、英特尔、谷歌的研发部门也参与进来。

尽管如此，量子计算仍然处在发展初期，即使技术成熟了，也不要指望出会有量子iPhone出现。IBM量子计算机必须在极低的温度下运行，到底有多低呢？与绝对零度相差只有几分之一度，比外太空还要冷。只有温度足够低，内部的铌和铝组件才不会受到外部环境的影响。光是制冷就需要几天时间。正因如此，客户使用IBM量子计算机必须通过网络进行，并不是将量子计算机买来放在桌子上，或者放进数据中心。

用在化学和安全领域

量子计算机到底能够完成什么工作呢？早期阶段，企业的主要任务是让量子计算机有效运转、可靠稳定。

之后，量子计算机可以完成下面一些工作：

——量子化学工作，例如预测微粒是如何作用的，开发新药物时可以用得上。

——物流项目，在假日购物旺季，量子计算机可以寻找最有效的方案，加快货物运送速度。

——安全，在给定的时间段，有些数学问题用今天的主流方法无法解决，量子计算机可以，我们可以用量子物理构建新的安全方案。

量子计算尤其适合于化学领域。例如，工厂需要大量的能源制造肥料，成本高昂，用微小的细菌同样可以制造，效率高得多。IBM实验量子计算团队管理人员杰瑞·周（Jerry Chow）说：“我们可以用量子计算机搞清反应是怎样的。”他还说，有了量子计算机，研究人员可以从分子层面分析变化，以前采用的方法很笨拙，只能进行试错实验。

IBM相信，量子计算机可以让投资者更好地理解财务数据和风险。AI正在崛起，在某些情况下没有太多的信息，计算机仍要根据信息做决策，有了量子计算，AI会变得更强大。

量子计算的主要任务就是分析大量的可能性。例如，要破解密码需要测试大量的数字，从中找到数字密钥，破解专用数据，量子计算破解速度很快。

不要太担心，这种可能性仍然离现实有些遥远。政府、企业正在开发新的量子验证算法。

不可思议的技术

量子时代将为计算词汇添加许多新术语，比如低温隔离、约瑟夫逊结、退相干。在处理数据时，除了传统计算的“与”“或”逻辑门，还有来自量子计算的哈达玛(Hadamard)门、Pauli-X门。

按照设计，量子计算机用“量子比特（qubits）”存储数据。传统计算机使用的是传统比特，小型数据单元用0或者1记录。1个量子位可以同时存储0和1，通过量子叠加实现。

照此计算，1个量子位可以存储两种状态的信息，也就是0和1；2个量子位就可以存储4种状态的信息，3个8种，4个16种。

由于在相同的量子位中存储了许多叠加数据，量子计算机可以用更快的速度寻找多种可能的解决方案，比传统计算机快得多。

尽管如此，在实际使用时仍然存在许多困难。例如，许多1或者0通过叠加在纠缠态量子位中存储，当我们为某个计算问题寻找答案时，答案可能会隐藏在某些1和0的特定组合中。如果从量子位中读取数据，所有量子位的状态就会“塌缩”(collapse)，变成一种1和0的集合，这种集合并不一定能给出正确的答案。所以问题很复杂。

摸索前进

要想搞清量子计算还要花很长的时间。正因如此，IBM、微软、谷歌才会提供模拟量子计算机。2016年，IBM开通了一个名叫“Quantum Experience”的网站，让外界试用5量子位计算机。

克劳德称，如果量子位超过30，笔记本电脑就无法模拟了。未来几年，IBM Q量子计算机会扩大到50量子位。

只有当企业在运营中使用量子计算，业务才会真正取得突破。克劳德说，量子位达到1000左右才能实现这一目标。让量子位达到100万，这是一个大门槛，当规模如此庞大时，量子计算机就可以克服错误问题。与传统计算相比，错误对于量子计算的影响更大。

克劳德称：“在量子系统中容错率更低，所以必须增加量子位，可能还要十多年才能解决。”