量子計算機商業(yè)化6大賽道：人工智能、分子模擬、粒子物理等

　　人工智能、分子模擬、密碼學、金融建模、天氣預報、粒子物理學，本文介紹了量子計算機在6大領(lǐng)域的應用。

　　計算機并非存在于真空中。計算機用于解決問題，而它們能夠解決的問題類型受到硬件的影響。圖形處理器（GPU）專門用于渲染圖像；人工智能處理器用于AI任務；那么，量子計算機是為什么設計的？

　　雖然量子計算機的能力令人驚嘆，但并不意味著它只是讓現(xiàn)有的軟件運行速度提升了十億倍。相反，量子計算機對某些特定類型的問題很擅長，但對另一些問題不擅長。以下是商用化量子計算機的一些主要應用。

　　人工智能

　　量子計算的主要應用是人工智能（AI）。AI基于從經(jīng)驗中學習的原則，在得到反饋的情況下會變得更準確，直到計算機程序似乎能夠展現(xiàn)出“智慧”。

　　反饋基于對許多可能的選擇計算其概率，因此AI是量子計算機的理想應用。AI被認為將破壞從汽車到醫(yī)療的每個行業(yè)，AI之于21世紀類比電力之于20世紀。

　　例如，洛克希德馬丁公司（LockheedMartin）計劃使用它的 D-Wave 量子計算機來測試自動導航軟件，這對一般計算機來說太過復雜。谷歌正在使用量子計算機來設計可以區(qū)分汽車和地標的軟件。我們已經(jīng)到達AI創(chuàng)造更多AI的時間點，所以它的重要性將迅速升級。

　　分子模擬

　　另一個例子是對分子相互作用的精確建模，即找到化學反應的最佳結(jié)構(gòu)。這種“量子化學”十分復雜，當前的數(shù)字計算機能夠分析的只是最簡單的分子。

　　化學反應本質(zhì)上是量子化的，因為它們形成高度糾纏的量子疊加狀態(tài)。但是，充分開發(fā)的量子計算機即使對最復雜的過程也不會有困難。

　　在這個領(lǐng)域的研究中，谷歌已經(jīng)模擬過氫分子的能量。這意味著在各個行業(yè)將有更高效的產(chǎn)品，從太陽能電池到制藥，等等。特別是化肥生產(chǎn)，因為化肥占全球能源使用量的2％，對能源和環(huán)境的影響是非常深刻的。

　　密碼學

　　目前網(wǎng)絡安全性大多取決于對大數(shù)進行因數(shù)分解的難易程度。雖然可以使用數(shù)字計算機來搜索所有可能的因數(shù)來實現(xiàn)，但是所需的巨量時間使得“破解密碼”十分昂貴且不切實際。

　　量子計算機可以比數(shù)字計算機更有效地執(zhí)行這樣的因數(shù)分解，這意味著這種安全方法很快就會過時。新的密碼學方法正在開發(fā)，但可能需要時間。

　　利用量子糾纏的單向性質(zhì)也對開發(fā)量子加密方法有幫助。City-wide網(wǎng)絡已經(jīng)在幾個國家得到證實，中國科學家最近宣布，量子衛(wèi)星成功地將處于糾纏態(tài)的光子發(fā)送到三個獨立的地面基站。

　　金融建模

　　現(xiàn)代市場是最復雜的系統(tǒng)。雖然我們已經(jīng)開發(fā)出越來越多的科學和數(shù)學工具來解決這個問題，但它不同于其他科學領(lǐng)域的一個主要影響是：實驗中沒有可控設置。

　　為了解決這個問題，投資者和分析師已經(jīng)轉(zhuǎn)向量子計算。量子計算機的一個直接優(yōu)勢是其固有的隨機性與金融市場的隨機性相關(guān)。投資者經(jīng)常在隨機產(chǎn)生的極大數(shù)量的情景下評估結(jié)果的分布情況。

　　量子可以提供的另一個優(yōu)點是，套利交易之類的金融操作可能需要許多路徑相關(guān)的步驟，其可能性的數(shù)量大大超過了數(shù)字計算機所能處理的容量。

　　天氣預報

　　NOAA首席經(jīng)濟學家Rodney F. Weiher聲稱，美國國內(nèi)生產(chǎn)總值的近30％（6萬億美元）直接或間接受到天氣影響，例如影響食品生產(chǎn)，交通運輸和零售業(yè)等。更好地預測天氣的能力將對許多領(lǐng)域有很大的好處，更不用說能有更多的時間來應對災難。

　　雖然這長期以來一直是科學家的目標，但是控制這些過程的方程包含很多變量，使得經(jīng)典的模擬十分耗時。量子研究員Seth Lloyd指出：“使用傳統(tǒng)計算機進行這種分析可能需要比實際天氣變化的時間更長！”麻省理工學院的Lloyd表示，控制天氣的方程具有隱藏的波動性，這是適合量子計算機的解決方案。

　　谷歌工程總監(jiān)HartmutNeven還指出，量子計算機可以幫助構(gòu)建更好的氣候模型，從而使我們更深入地了解人類如何影響環(huán)境。這些模型有助于預估全球變暖，并幫助我們確定現(xiàn)在需要采取哪些步驟來預防災難。

　　粒子物理學

　　量子計算機令人激動的最終應用可能是…研究新物理學。粒子物理學的模型通常是非常復雜的，需要大量的數(shù)值模擬計算時間。這使得它們成為量子計算的理想選擇，研究人員已經(jīng)充分利用了這一點。

　　因斯布魯克大學和量子光學與量子信息研究所（IQOQI）的研究人員最近使用可編程量子系統(tǒng)進行了這種模擬。研究成果發(fā)布在 Nature，該團隊使用一個簡單版本的量子計算機，其中離子執(zhí)行邏輯運算，這是任何計算機計算的基本步驟。與實際的物理實驗相比，該模擬顯示出很好的一致性。

　　理論物理學家PeterZoller說：“這兩種方法相輔相成。粒子對撞機完成的實驗我們無法替代，但是，通過開發(fā)量子模擬器，我們能夠更好地了解這些實驗?！?/p>

　　投資者現(xiàn)在正在爭取進入到量子計算生態(tài)系統(tǒng)中，不僅僅是計算機行業(yè)，銀行，航空航天業(yè)和網(wǎng)絡安全公司都在利用這一計算革命。

　　與所有新技術(shù)一樣，隨著硬件的不斷發(fā)展和創(chuàng)造新的機遇，目前難以想象的應用將會被開發(fā)出來。