量子計算離我們越來越近。近日，安徽問天量子科技股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的WT-QRNG300量子隨機數(shù)芯片通過國家密碼管理局商用密碼檢測中心檢測，成為國內(nèi)首款商密報告認定的量子隨機數(shù)芯片產(chǎn)品。
目前，量子計算雖然尚未走進我們的日常生活，但其在一些特定的領(lǐng)域，已經(jīng)展現(xiàn)出足夠讓人驚嘆的“超能力”。
多領(lǐng)域嶄露頭角
在化學(xué)模擬與材料研發(fā)領(lǐng)域，量子計算就像是一位擁有魔法的巫師。德國默克制藥公司正借助量子計算，探究分子結(jié)構(gòu)和藥物的潛在化學(xué)反應(yīng)；谷歌的量子團隊也曾用其量子計算機模擬簡單分子的能量狀態(tài)；寶馬汽車利用量子計算優(yōu)化電池化學(xué)成分，為電動汽車的續(xù)航和充電效率提升注入新能量。
提供更優(yōu)的解決方案也是量子計算大顯身手的地方。不少航空公司利用量子計算優(yōu)化航線規(guī)劃和機隊管理，就如同在數(shù)百萬種飛行路徑和調(diào)度方案的“迷宮”中找到最優(yōu)解，節(jié)省燃料和時間成本；美國聯(lián)邦快遞也在借助量子計算優(yōu)化配送路徑，減少運輸成本和碳排放。
在密碼學(xué)與信息安全領(lǐng)域，量子計算更是從理論走向了實踐。我國基于量子密鑰分發(fā)實現(xiàn)了量子通信網(wǎng)絡(luò)，用于銀行間的高度安全通信；歐洲一些國家的項目也將量子網(wǎng)絡(luò)用于軍事通信和敏感數(shù)據(jù)保護，就像給信息穿上了堅不可摧的“量子鎧甲”。
此外，量子計算在金融服務(wù)、機器學(xué)習(xí)與人工智能等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。它助力金融機構(gòu)挖掘風(fēng)險評估、投資組合優(yōu)化和市場模擬等方面的潛力，為金融行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。同時，不少科技公司也開始測試量子計算在人工智能中的應(yīng)用，希望為人工智能的發(fā)展帶來新的突破。
大規(guī)模普及面臨多重挑戰(zhàn)
量子計算雖然潛力巨大，但要大規(guī)模普及，還面臨著多重挑戰(zhàn)。
首先，硬件發(fā)展瓶頸是個大問題。量子比特就像嬌弱的花朵，對環(huán)境極其敏感，稍微震動或者溫度變化就可能出錯。這就要求量子計算機在接近絕對零度（相當于零下273.15攝氏度）的條件下運行，目前制造穩(wěn)定可靠的量子計算機仍是困難重重。
其次，量子糾錯成本也高得驚人。因為量子比特的脆弱性，需要大量額外的比特來糾錯。就好比執(zhí)行一個任務(wù)，可能需要成千上萬個物理量子比特來支持幾個邏輯量子比特的正常運行，這嚴重限制了量子計算的實用性。
此外，算法的開發(fā)也不足。目前只有少量量子算法，而且大多只適用于特定問題。量子編程和經(jīng)典編程差異很大，程序員需要全新的技能和思維模式來適應(yīng)這種變化。這就像要重新學(xué)習(xí)一門新語言一樣，需要付出大量的時間和精力。
更為重要的是，目前經(jīng)典計算的強大基礎(chǔ)仍然不容忽視。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，經(jīng)典計算已經(jīng)形成完整的生態(tài)系統(tǒng)，幾乎能滿足所有日常計算需求。相比之下，量子計算的硬件、軟件和應(yīng)用開發(fā)還很不成熟，在更廣泛的非特定計算領(lǐng)域還無法與經(jīng)典計算直接競爭。
未來將有無限可能
盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但量子計算的未來仍然充滿了無限可能。目前來看，量子計算和經(jīng)典計算在未來很長一段時間內(nèi)會協(xié)同工作，經(jīng)典計算負責日常任務(wù)，量子計算解決高復(fù)雜度問題。不過，隨著技術(shù)進步和成本降低，量子計算可能在某些領(lǐng)域超越經(jīng)典計算，逐步滲透到更多行業(yè)。
可以預(yù)見，在天文領(lǐng)域，科學(xué)家或許能借助量子計算模擬黑洞行為、探索暗物質(zhì)；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，科研人員或可借助量子計算加速個性化藥物研發(fā)；在量子機器學(xué)習(xí)上，新算法也可能成為人工智能發(fā)展的新引擎；在量子互聯(lián)網(wǎng)與通信上，這種基于量子糾纏的網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)完全安全的通信；在人們更期待的消費應(yīng)用領(lǐng)域，個人設(shè)備搭載微型量子芯片，加速加密解密或者優(yōu)化個人數(shù)據(jù)處理也不再是幻想。
量子計算，正以其獨特的魅力和無限的潛力改變著我們的世界。
（作者系中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所工程師）
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