量子计算快步走向实用

　　新加坡《海峡时报》9月27日发表题为《量子计算将如何促进疫苗和电动汽车发展？》的报道，记者是艾琳·塔姆。全文摘编如下：
　　新加坡正在加大对量子计算的投资。
　　首先，它将有一个铸造厂来开发建造量子计算机所需的部件和材料，从而在这一新兴领域建立起一个活动生态系统。
　　能力强大
　　量子计算类似于传统计算，但是在温度低得多，差不多接近绝对零度（即零下273.15摄氏度）的情况下运行。
　　在通过层层外壳和低温组件实现的这一超冷状态（比外太空还冷）下，就可以操纵量子物体（电子或光粒子）执行传统计算机无法企及的复杂数学计算。
　　传统计算机是以0或1来存储信息。而量子计算机则通过量子比特同时用0和1来代表和储存信息。随着量子比特数量的增加，量子计算机的威力将以指数方式增长。
　　量子计算的漫长发展史可以追溯到上世纪70年代，已故美国物理学家保罗·安东尼·贝尼奥夫当时证明了量子计算机的理论可能性。
　　通过利用量子物理学，量子计算有可能在几小时内梳理出海量可能性，并找出一个可能的解决方案。一台传统的计算机需要数十万年才能完成类似任务。
　　日本在2017年推出的首台原型量子计算机能够以常规超级计算机100倍的速度进行复杂计算。
　　谷歌公司2019年发明的量子计算机，能在200秒内完成世界上运算速度最快的超级计算机需约1万年才能完成的计算。
　　一年后，在2020年，中国科技大学的一个团队组装了一台量子计算机，它能够在200秒内完成一项普通超级计算机需要25亿年才能完成的计算。
　　应用广泛
　　但这些机器都没有执行实际任务。那么量子计算在现实世界中能有什么好处？
　　第一个实际应用可能是在化学领域。当前，传统计算机可以模拟简单的水分子结构，但只有强大的量子计算机才能准确模拟更复杂的分子，比如酶、蛋白质和脱氧核糖核酸（DNA）。复杂的分子模拟是发现新药的关键。
　　借助于信使核糖核酸（mRNA）新冠肺炎疫苗在当前疫情中的成功，生物医学公司正在开发针对疟疾、结核病和艾滋病的mRNA疫苗所有这些疾病都仍在低收入国家造成大量死亡。
　　例如，辉瑞-百欧恩泰疫苗的联合研发机构百欧恩泰公司正在开发一种用于疟疾、结核病和艾滋病的mRNA疫苗。针对疟疾的mRNA疫苗的临床试验预计将在今年某个时候开始。
　　更强大的量子计算机还能加快发现新材料的速度，以解决当今电池的难题。具体来说，电动汽车和自动驾驶汽车需要更高效、更安全和更环保的电池。
　　为汽车提供动力的锂离子电池使用电解液来传输能量。但这些电池的充电速度较慢，续航时间也不够长，无法进行更长时间的旅行。它们还会在零度以下的温度中冷冻，并含有易燃物质。
　　韩国现代公司正在与IonQ公司合作，探索给锂离子电池充电的方法。国际商用机器公司（IBM）和梅赛德斯-奔驰的母公司戴姆勒公司正在开发锂硫电池，其续航时间比锂电池要长。福特、宝马和丰田公司则在开发更安全的固态电池。
　　这一领域的进展将扩展至目前也基于锂离子技术的超级电池网络，以确保即使在没有了太阳能或风能的时候家庭和办公室也能顺利获得可再生能源。随着为实现净零排放目标而采取的举措的增加，美国各地以及英国、立陶宛和智利都兴建了超级电池存储设施。
　　对能源部门同样重要的还有寻找更有效的方式来规划全球物流，比如运输石油和天然气的全球物流。
　　量子计算机比传统计算机更适合人工智能应用，因为前者能更好地发掘复杂模式。人工智能模型需要了解人类语言的背景和微妙之处。量子计算的工作方式与人脑的神经网络类似，因此最适合完成这项任务。
　　成本降低
　　量子计算已经谈论了几十年。什么时候才能真正实现这些好处？
　　如今，世界上速度最快的量子计算机是基于127量子比特的处理器。其制造商IBM公司计划明年推出一个1121量子比特的量子处理器，这是世界量子技术竞争者中最具雄心的产品路线图。
　　如果一切按计划进行，那么这一技术里程碑将是一个转折点。企业会发现，在量子计算机上执行实际任务的成本将会低于传统计算。
　　解决一些实际问题，比如模拟药物分子以及处理图像、自然语言和软件代码以过滤仇恨言论、虚假信息和软件漏洞等，都需要量子计算机变得更加强大和廉价——现在一台量子计算机的造价超过1亿美元。
　　不过，大多数计算应用，如数据处理、存储和管理、电子表格计算和视频游戏，仍然需要传统的计算方法。量子计算机只有在应对由量子现象支配的特定任务（例如建模和设计复杂材料）时才是最适用的。因此，量子计算机不会取代传统计算机。它们需要合作。