11月,IEE Spectrum發佈了一篇題爲《全球理論物理學泰斗給量子計算機潑冷水:可預見的未來造不出來》的文章。在文章當中,作者Mikhail Dyakonov提出了自己的觀點,表示由於實現過程中的一系列技術挑戰,在可預見的未來,造出實用性的通用型量子計算機的可能性非常小。

在全世界都對量子計算抱有極高的熱情當下,這篇文章的出現引發了熱烈的討論甚至爭議。

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大致在同一時間,由美國國家科學院、工程院與醫學院組建的專家委員會也一直在努力試圖找出這個問題的答案——量子計算機到底還需要多久才能發展成熟,從而帶來實際的商業價值。更具體地,該委員會正在“對創建出能夠解決實際問題的功能型量子計算機的可行性與影響進行專門的評估”,並估算“完成這項工作所需要的時間與資源,考量如何對成功機率做出準確判斷。”

針對這些問題,上週該委員會正式發佈了一份長達205頁的報告(報告下載地址:https://www.nap.edu/catalog/25196/quantum-computing-progress-and-prospects),並舉辦了一次面向記者的網絡研討會。

該委員會由13位量子計算專家組成,其中包括:來自加州大學聖芭芭拉分校的谷歌量子計算硬件項目負責人John Martinis、來自芝加哥大學的聖芭芭拉分校自旋電子學與量子計算中心前負責人David Awschalom,以及來自加州大學伯克利分校的伯克利量子信息與計算中心聯合主任Umesh Vazirani等。

面對量子計算的前景問題,這支專家小組更傾向於給出樂觀積極的回答。當然,他們也沒有迴避在設計並製造實用性通用量子計算機方面面對的難題。恰恰相反,在報告中,我們多次看到了與Dyakonov類似的,對於量子計算前景持懷疑態度的重要依據。

與大多數主流新聞媒體所認爲的,“量子計算機能夠完成各種稀奇古怪的任務處理,並且只需要五到十年即可全面實現”的觀點不同,在報告當中,委員會成員們強調了以下 “重要結論”:

雖然量子計算近期的發展速度非常之快,但出乎意料的是,專家們給出的觀點是,在接下來的十年之內幾乎不太可能建立起能夠破解RSA 2048(RSA公開密鑰密碼體制指的是使用不同的加密密鑰與解密密鑰,是一種“由已知加密密鑰推導出解密密鑰在計算上是不可行的”密碼體制),或者其它基於離散對數的類似公鑰密碼系統的量子計算機。

具體來說,破解這種加密機制,也只是量子計算機在理論上具備適用性的計算實例之一,但這已經具有非常大的難度。因此,在報告中,專家們肯定地指出——在未來十年之內,要創建一個具備此類實用能力的量子計算機希望是非常渺茫的。

那麼,大概需要多久才能出現真正具備實用性的量子計算機呢?各位委員會成員並未給出任何具體的時間估計。專家們指出,目前他們只能提供一些與量子計算實際情況相關的指導意見,即嚴格以真正的可行性爲前提對進展情況做出反饋。

該報告在摘要部分就明確指出,通用量子計算機的研究挑戰是巨大的,而且“無法保證這些挑戰能夠切實被克服。”這些陳述與Dyakonov文章中的觀點相呼應。只是由於委員會報告篇幅更長,因此做出的闡述也更爲詳盡。關於Dyakonov抱持悲觀結論的原因,這份報告給出了更多依據。

具體地,委員會描述了一個從“創建技術”到“自我增強”這一良性循環中存在的挑戰。首先,只有建立起這樣的循環,才能實現商業應用並吸引投資,從而進一步推動量子計算技術的進步。幾十年以來,正是這樣的循環推動了傳統計算技術的快速發展。也正因爲如此,量子計算的支持者們才提出了在短時間之內讓量子計算機至少具備一定程度的商業應用能力的可行性。但委員會認爲,即使是這樣的要求,都很可能無法實現。

至於那些能夠在短期內建成的機器,委員會將其稱爲“充滿噪音的中型量子計算機”,或者簡稱NISQ計算機。這類設備可能不會有太多實際性用途。委員會指出,“目前還不存在能夠有效利用這類機器的已知算法或應用程序。”雖然這一結論還有待商榷,但是如果情況無法出現明顯的改變,那麼業界似乎不太可能繼續對量子計算這個領域進行長期投資,從而慢慢等待技術帶來的真正回報。

當然,報告最後還指出,雖然實用型通用量子計算機甚至有可能被證明根本不可能實現,人們也能夠在設計與構建的嘗試過程中學習到相關的經驗與教訓。以下是報告中列出的第六條“重要結論”:

在促進人類理解宇宙的基礎性研究方面,量子計算具有非常重要的意義。與所有基礎科學研究一樣,該領域的發現可能會帶來變革性的新知識與應用方向。

對此,Dyakonov在他的文章中也表示:“對量子計算的實驗性研究是有益的,這可能幫助我們更好地理解複雜的量子系統。”

總的來說,正如委員會成員們所提到,任何類型的基礎科學研究都具有價值,因爲其可能會帶來其它一些非直接,但具有實際意義或者對社會有益的成果。而政府以及其它科學與工程機構的核心目標,在於弄清楚哪些基礎研究比其它研究更具價值。從這個角度來看,這份報告非常具有指導意義,它能激發大家以更嚴謹的科學態度,去進行量子計算研究。

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