量子计算机最近一直萦绕在我的脑海里。一个喜欢投资科技的朋友,也知道我的尝试学习量子力学他一直给我发文章,讨论量子计算机如何帮助解决“一些问题”最大和最复杂的挑战我们作为人类,“作为一个《福布斯》评论员最近宣称。我的朋友问:“你怎么看,科学作家先生?量子计算机真的是下一个大事件吗?”

我还与两位量子计算专家进行了交流,他们对该技术的前景有着不同的看法。其中一位是计算机科学家斯科特·阿隆森,正如我曾经说过的,“这是我遇到过的智商/自命不凡比最高的人之一。”我不想让他更尴尬,但我认为阿隆森是量子计算的良心,一个帮助保持该领域诚实的人。

另一位专家是物理学家特里·鲁道夫。他是合著者," R "的PBR定理,它和更著名的前身一起,贝尔定理,揭示了量子行为的特性。2011年自然描述了策略路由定理自1964年贝尔定理发表以来,它被誉为“与量子力学基础有关的最重要的一般定理”。鲁道夫也是Q代表量子也是量子计算初创公司的联合创始人PsiQuantum.阿隆森和鲁道夫是友好的关系;他们共同撰写论文一篇在2007年,鲁道夫写到Q代表量子在Aaronson的博客上.在本专栏中,我将总结他们的观点,并试图得出一个一致的结论。

首先,介绍一点背景知识。量子计算机利用叠加(一个粒子同时处于两种或两种以上相互排斥的状态)和纠缠(一种特殊的叠加形式,两个或两个以上的粒子以可怕的方式相互影响)来做普通计算机不能做的事情。比特是传统计算机的基本信息单位,它可以处于两种状态之一,表示1或0。相比之下,量子计算机以量子位进行通信,量子位是由同时包含多种状态的叠加粒子构成的。

几十年来,量子计算一直只是一种假设,或者说是实验室里的好奇心,因为研究人员一直在努力解决如何长时间保持叠加态和纠缠态以进行有用计算的技术复杂性。(记住,只要你看到一个电子或猫,它的叠加态就消失了。)现在,像IBM、亚马逊、微软和谷歌这样的科技巨头都投资了量子计算,还有许多小公司,193票的票数.3月,初创公司IonQ宣布了一笔20亿美元的交易这将使它成为第一家致力于量子计算机的公开交易公司。

据《华尔街日报》报道IonQ计划生产一种设备到2023年,大约相当于一台Xbox视频游戏机的大小。量子计算杂志国家可以“加快与金融、药物和材料发现、人工智能和其他相关的计算,并破解许多用来保护互联网安全的防御。”根据商业内幕在美国,量子机器可以帮助我们“治愈癌症,甚至采取措施逆转气候变化。”

这种炒作让Scott Aaronson很不爽。他之所以成为一名计算机科学家,是因为他相信量子计算的潜力,并希望帮助开发它。他很想看到有人造出这样的机器证明反对者是错的.但他担心研究人员做出的承诺无法兑现。上个月,阿隆森很苦恼在他的博客Shtetl-Optimized上那是炒作,他有多年来一直在对抗最近,这个问题变得尤为严重。

“现在的新情况是,”阿隆森写道,“量子计算研究人员现在有可能获得数百万美元,还有股票、股票期权,以及任何能引起‘咔嚓’声和美元符号鼓鼓的眼睛的东西。在很多情况下,要想获得这样的财富,专家所需要做的就是乐观地宣称量子计算将会有革命性的、改变世界的应用,并且很快就会实现。或者至少,当别人这么说的时候,不要太强烈地反对。”阿隆森在媒体平台Clubhouse上进行了两个小时的讨论,详细阐述了他的担忧。下面我将总结他的一些观点。

量子计算爱好者宣称,该技术将为机器学习带来巨大的动力。它将彻底改变化学、神经科学、医学、经济学和其他领域对复杂现象的模拟。它将解决旅行推销员问题和其他传统计算机无法解决的难题。目前还不清楚量子计算能否实现这些目标,Aaronson补充说,乐观主义者可能会“猛然觉醒”。

由于叠加和纠缠使得量子计算机可以同时进行多项计算,因此流行的说法往往暗示量子计算机只不过是传统计算机更快的版本。阿隆森说,这些说法具有误导性。与传统计算机相比,量子计算机是一种“非自然的”设备,可能最适合于相对狭窄的应用范围,特别是模拟由量子效应主导的系统。

量子计算机超越最快的传统计算机的能力被称为“量子计算机”。量子霸权这是物理学家约翰·普雷斯基尔(John Preskill)在2012年创造的一个短语。证明量子霸权是极其困难的。即使在传统计算中,证明你的算法打败我的算法并不简单。您必须选择一个代表公平测试的任务,并选择测量速度和准确性的有效方法。测试结果也容易产生误解和确认偏差。测试“为恶作剧创造了巨大的空间,”阿隆森说。

此外,传统计算机的硬件和软件不断改进。当量子计算机准备好进入市场时,他们可能会失去潜在的客户——例如,如果经典计算机变得足够强大,可以模拟化学家和材料科学家“在现实生活中真正关心的”量子系统,Aaronson说。尽管量子计算机将“保留它们的理论优势,但它们的实际影响将会减少。”

阿隆森说,随着量子计算吸引了越来越多的关注和资金,研究人员可能会误导投资者、政府机构、记者和公众,最糟糕的是,自己关于他们工作的潜力。阿隆森警告说,如果研究人员不能信守承诺,兴奋可能会让位于怀疑、失望和愤怒。这一领域可能会失去资金和人才,陷入量子计算机的“寒冬”,就像人工智能领域曾遭受的那样。

许多其他技术——基因工程、高温超导体、纳米技术和聚变能——都经历了非理性繁荣的阶段。但阿伦森认为,量子计算之所以特别容易被炒作,或许是因为“‘量子’代表着一些你不应该理解的很酷的东西。”

这让我想起了特里·鲁道夫。一月,读了关于我奋斗的故事后理解Schrödinger等式,鲁道夫给我发邮件,建议我读一下Q代表量子.这本153页的书解释了量子力学,使用了一些算术和代数知识,以及大量黑白球进出盒子的图表。Q代表量子让我对量子力学和量子计算有了更多的了解,比我读过的任何东西都要多。

Rudolph首先概述了传统计算的基本规则,这些规则允许对比特进行操作。然后他转向量子计算的奇怪规则,这些规则源于叠加和纠缠。他详细描述了量子计算是如何解决一个具体问题的——一个涉及小偷从保险库里窃取代码保护的金条的问题——比传统计算要容易得多。但他和阿隆森一样强调,这项技术有局限性;它“不能计算不可计算的东西。”

在我读完之后Q代表量子,鲁道夫耐心地回答了我的问题。你可以找到我们的交换(假设你熟悉这本书)在这里.他还回答了我关于PsiQuantum公司的问题,这家公司是他在2016年共同创立的,直到最近才开始运营避免宣传.尽管他对自己作为物理学家的天赋诙谐地谦虚(这增加了他的魅力)Q代表量子),鲁道夫是PsiQuantum的支持者。他和Aaronson一样担心炒作,也担心建立量子霸权的困难,但他说这些担忧不适用于PsiQuantum。

他说,该公司比其他任何公司都“在很大程度上”更接近于制造一个“有用的”量子计算机,它“解决了一个我们无法用其他方式解决的有影响力的问题(例如,在现实世界中有用途的量子化学的某些东西)。”他补充说:“显然,我有偏见,人们自然会对我的观点不以为然。但我花了很多时间在数量上比较我们和其他人所做的事情。”

鲁道夫和其他专家主张一个“有用的”具有强大纠错能力的量子计算机将需要数百万个量子位。PsiQuantum公司利用光构建量子位元,预计到2020年中期,该公司将建立容错的量子计算机,这些计算机采用完全制造的组件,能够扩展到一百万个或更多量子位元,Rudolph说。PsiQuantum已经与半导体制造商合作GlobalFoundries来实现它的目标。这些机器将有一个房间那么大,可与超级计算机或数据中心媲美。大多数用户将远程访问计算机。

PsiQuantum真的会像Rudolph所说的那样“遥遥领先”所有竞争对手吗?到2025年,它真的能生产出具有商业可行性的机器吗?我不知道。量子力学和量子计算仍然让我困惑.我当然不会建议我的朋友或任何人投资量子计算机。但我相信鲁道夫,就像我相信阿隆森一样。

早在1994年,我就为《科学美国人》写了一篇关于量子计算机的简短报告,指出它们原则上可以,新利18luck体育执行超出任何传统设备范围的任务“从那以后,我就对量子计算产生了浓厚的兴趣。如果这项技术为科学家们模拟复杂现象提供了更强大的工具,特别是量子是事物的核心,也许它会给科学它急需的启动.谁知道呢?我希望PsiQuantum能帮助量子计算不负众望。

这是一篇观点分析文章。

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