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导读●○
量子计算正在首次尝试跳出实验室进入现实应用的世界。最新的种种商业宣传是否仅仅是引发泡沫的炒作？这些泡泡是否会等不到该领域真正落地的那天就破裂？投资者和部分研究人员是否应该对这场快速发展的技术革命投入高昂的热情？PhysicsWorld特约撰稿人菲利普·鲍尔（PhilipBall）调查了量子信息技术商业化的成功与隐患。
撰文｜PhilipBall
翻译｜葛允诚
校译｜陈晓雪
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世界“第一台量子计算机”在年进入市场时，外界的反响显然是好坏参半。考虑到这台机器的标价高达万美元，人们对它的需求不旺盛就不足以为怪了。一些人指责加拿大波纳比（Burnaby）制造商D-WaveSystem，认为过度夸大其机器的能力，甚至连这个机器有没有用到量子力学原理也存在争议。
量子信息技术（QuantumInformationTechnologies,QIT）商业化的开端并不顺利，但这对一项新技术来说并非罕见。毕竟对于大多数人来说，第一辆汽车的价格也高得令人望而却步，并且在一开始被认为会危害健康和安全。甚至因为在未铺设的道路上行驶激起的巨大扬尘，汽车激起了公众的激烈反对，以至于当时的司机有时会携带枪支自我保护。至少目前为止，我们知道量子计算机——利用量子力学原理开发的信息处理新技术——是完全可行的。
“构建这样的机器，在物理学方面没有什么已知的阻碍，”伦敦帝国理工学院教务长，物理学家伊恩·沃姆斯利（IanWalmsley）说，“但为了让这些东西发挥作用，我们现在正在转向非常困难和极具挑战的工程学的工作。”
量子信息技术还远未迎来像亨利·福特或者比尔·盖茨这样的人物，（可以像当年的汽车或者个人电脑这样）把这一产业改造出既可靠好用、价格又合理的机器。“现在这个阶段，（量子计算的商业化）主要致力于工程技术的不断迭代进步，而更少依赖于概念性的突破。”加州伯克利的量子计算公司里盖蒂计算（RigettiComputing）的创始人兼首席执行官（CEO）乍得·里盖蒂（ChadRigetti）说道。但商业化的进展已经十分迅速。“产业活动的加速，比我们（学术界）大多数人预期的更快、更突然。”加州理工学院的量子理论家约翰·普雷斯基尔（JohnPreskill）说道。
图1量子计算优势方案。加拿大公司D-Wave与谷歌的科学家合作展示了量子计算性能的优势。随着模拟规模和问题复杂度的增加，其速度可达到经典计算的万倍。D-Wave的研究者们对D-Wave量子比特的系统进行编程，以使用人工自旋对二维受挫量子磁体进行建模（左图）。图源：D-WaveSystemsInc
私人和公共投资
对量子计算行业未来的预测各不相同，但几乎所有观点都认为其规模将是巨大的。“我认为量子计算的市场到年前后能达到10亿美元，且可能在年前达到50-亿美元。”量子信息跟踪网站“量子计算报告”（QuantumComputingReport）的运营者道格·芬克（DougFinke）说。后者的价值相当于今天高性能计算市场的10%-20%。根据霍尼韦尔（Honeywell）的估计，未来30年量子计算的价值可能达到1万亿美元。
根据以上估计，量子计算的商业化能吸引到大量公共和私人的投资也就不足为奇了。美国政府准备投入约12亿美元到国家量子计划（NationalQuantumInitiative,NQI）项目中。该项目在年末正式启动，为学术界和私营部门的量子信息科学研发提供总体框架。英国国家量子技术计划（TheUK’sNationalQuantumTechnologyProgramme,NQTP）于年启动并承诺在10年内投入10亿英镑，目前该计划已进入第二阶段。来自中国科学技术大学的量子物理学家陆朝阳表示，尽管中国政府对量子信息很重视，但是之前流传的高达亿美元左右政府投资规模的说法从未得到过官方证实，在很大程度上是媒体谣言。
对于私营部分，IT巨头如IBM、谷歌、惠普、霍尼韦尔和微软已经开始重金投资量子产业。最近的一份报告称，仅年，就有超过10亿美元的私人投资用于量子计算研究。年，谷歌的量子计算组声称他们的“悬铃木”（Sycamore）——一个53量子比特的量子线路实验——已经实现了“量子优越性”（也被称为“量子霸权”），可以在实际时间尺度上进行超越任何经典设备的计算。年年中，霍尼韦尔宣布与量子软件开发者、英国的剑桥量子计算（CambridgeQuantumComputing）建立合作伙伴关系。他们合作组建的量子计算公司号称将提供“世界上最高性能的量子计算机和最综合性的量子软件，包括第一个也是最先进的量子操作系统”。
从云端到冷原子
IBM量子计算部门开发的设备已经通过基于云的服务供客户（目前超过20万个）使用。用户从学术研究者到学校企业，其中大部分都免费。“你必须让人们熟悉这些东西。”IBM位于纽约约克敦海茨的T.J.Waston研究中心的“首席量子专家”鲍勃·苏托尔（BobSutor）说。这些仪器目前主要放置在企业，但IBM已经开始准备把它们装在其他地方（包括德国的一个弗劳恩霍夫研究所和东京大学），然后授权客户独家使用。然而，苏托尔认为基于云的服务仍将是常态。
里盖蒂公司也推出了自己的云资源。“人们正在使用它来为金融、化学、物流、信号和图像处理等领域的问题开发算法，”乍得·里盖蒂解释说。位于美国马里兰大学的初创公司IonQ也是如此。迄今为止，该公司已经为客户运行了大约20亿次任务。该公司已经生产出32个量子比特的设备，量子比特是在一个芯片大小的器件中、被控制在电磁阱中的纠缠离子。他们的装置在室温下工作，通过激光激发和探测离子的电子状态来输入和输出。该技术由马里兰大学的克里斯托弗·蒙罗（ChristopherMonroe）及其同事开发。在筹集了8万美元的投资资金后，IonQ于10月开始在纽约证券交易所公开交易——这是第一家上市的纯量子计算公司——并迅速筹集了超过6亿美元的资金。
与此同时，D-Wave仍在生产一种在量子退火算法中使用超导量子比特的设备，通过这种算法，量子比特被集中起来，以类似于模拟退火的经典方法来寻找解决方案。该公司披露了一种名为Pegasus的新型量子芯片，该芯片将用于制造具有多个量子比特的设备，原定于年推出，但尚未实现。中国也有几家QIT初创企业，比如专门从事量子加密和安全的合肥国盾量子（QuantumCTek）。它是从中国科学技术大学潘建伟从事先驱性基础研究的实验室孵化出来的——但这些公司的私人投资情况尚不清楚。
繁荣还是萧条？
即使量子信息技术行业如其倡导者所希望的那样发展，但对于这个仍在不断变化的领域，风险资本家大力支持某家特定企业的行为也可能存在风险。“可能会有一些赢家，但也会有很多输家，”道格·芬克说，他的公司目前追踪了多家量子技术初创企业，他预计绝大多数在10年内将不复存在，至少不复以目前的形式存在。他表示，“有些将倒闭，有些将被收购，有些将被合并。”
伊恩·沃姆斯利（他曾在年之前一直担任牛津大学NQTP量子网络信息技术中心的负责人）表示，目前还不清楚量子信息技术，尤其是量子计算最重要的技术平台将是什么。IBM和谷歌押注在由超导设备制成的量子比特上，而霍尼韦尔则专注于离子阱技术。
微软正在采取一种被一些人视为高风险的方法，即“拓扑量子计算”，其中量子比特是准电子——被称为马约拉纳零模态（Majoranazeromodes）——受其基本拓扑性质的保护，不会发生可能导致计算脱轨的错误。为了研究这些难以捉摸的物体，微软已经与代尔夫特理工大学和尼尔斯玻尔研究所的实验室建立了研究合作关系。其他公司则瞄准光量子计算，包括牛津的初创公司奥卡计算（Orca
