11月，IEEE Spectrum上發(fā)表了一篇由專家撰寫的題為“The Case Against Quantum Computing”的文章[1]。作者M(jìn)ikhail Dyakonov在文中為自己的觀點(diǎn)——即在可預(yù)見的未來，實(shí)用的通用量子計(jì)算機(jī)不會(huì)被制造出來——進(jìn)行了辯護(hù)。正如你可能預(yù)料到的，在這個(gè)對(duì)量子計(jì)算充滿熱情的時(shí)代，這篇文章激怒了不少人。

事實(shí)證明，在撰寫這篇文章的同時(shí)，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院組建的一個(gè)專家委員會(huì)也在努力回答同樣的問題：量子計(jì)算機(jī)何時(shí)會(huì)發(fā)展成熟為具有實(shí)用商業(yè)價(jià)值的東西？更全面地說，擺在這個(gè)專家委員會(huì)面前的任務(wù)是“對(duì)創(chuàng)建能夠解決現(xiàn)實(shí)中的問題的功能性量子計(jì)算機(jī)的可行性和影響進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估……”。特別是，委員會(huì)要估計(jì)“所需的時(shí)間和資源，以及如何評(píng)估成功的可能性?！?/p>

該委員會(huì)昨天向公眾發(fā)布了長(zhǎng)達(dá)205頁(yè)的題為“Quantum Computing: Progress and Prospects”（量子計(jì)算：進(jìn)展和前景）報(bào)告[2]，委員會(huì)的專家當(dāng)天早些時(shí)候?yàn)橛浾邆兣e辦了一場(chǎng)關(guān)于該報(bào)告的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。在編輯了Mikhail Dyakonov的那篇文章之后，我非常想知道這個(gè)委員會(huì)得出了什么結(jié)論。

該委員會(huì)由13名量子計(jì)算專家組成，其中包括著加州大學(xué)圣巴巴拉分校的John Martinis，他領(lǐng)導(dǎo)著谷歌量子方面的研究工作；芝加哥大學(xué)的David Awschalom，他曾在UCSB領(lǐng)導(dǎo)自旋電子學(xué)和量子計(jì)算中心；以及加州大學(xué)伯克利分校量子信息與計(jì)算中心共同主管Umesh Vazirani。所以這個(gè)特別工作組是由一些你可能認(rèn)為會(huì)對(duì)提給他們的問題給出樂觀回答的人組成的。

然而值得贊揚(yáng)的是，委員會(huì)成員并沒有給他們對(duì)他們和其他研究人員在設(shè)計(jì)和建造實(shí)用的通用量子計(jì)算機(jī)時(shí)所面臨的困難所做的評(píng)估涂上一層“糖衣外套”。恰恰相反。事實(shí)上，當(dāng)我通讀報(bào)告的各個(gè)部分時(shí)，我不斷地為Mikhail Dyakonov對(duì)量子計(jì)算前景的懷疑找到了理由。

這與你在很多受歡迎的新聞中看到的這個(gè)領(lǐng)域的美好圖景——在這個(gè)圖景中，能做各種各樣奇妙事情的量子計(jì)算機(jī)據(jù)說可能5到10年就會(huì)問世——形成了鮮明對(duì)比。如果Mikhail Dyakonov的文章沒有打消你的這種想法，那么美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院的這份新報(bào)告應(yīng)該打消它。該委員會(huì)在報(bào)告中將下面的內(nèi)容強(qiáng)調(diào)為一項(xiàng)“關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)”：

“鑒于量子計(jì)算的當(dāng)前狀態(tài)和最近的進(jìn)展速度，在未來十年里建造出能夠危及RSA 2048或類似的基于離散對(duì)數(shù)的公鑰密碼系統(tǒng)的量子計(jì)算機(jī)，將是高度意外的事?！?/p>

讓我來翻譯一下。威脅到這種加密只是量子計(jì)算機(jī)原則上適合的各種類型的計(jì)算中的一個(gè)例子。因此，委員會(huì)明確表示，在未來十年內(nèi)，制造出具有實(shí)用能力的量子計(jì)算機(jī)的可能性很微小。

好吧，如果不是十年，那么我們可能還需要多久才會(huì)看到實(shí)用的機(jī)器呢？委員會(huì)成員不準(zhǔn)備對(duì)任何估計(jì)作出承諾。他們認(rèn)為他們能提供的最多的是對(duì)量子計(jì)算共同體的一些一般性指導(dǎo)，即如何以一種使一個(gè)這樣的估計(jì)成為可能的方式報(bào)告進(jìn)展情況。

為委員會(huì)成員沒有假裝知道答案鼓掌！事實(shí)上，報(bào)告摘要明確指出，這些挑戰(zhàn)是巨大的，而且“不能保證所有這些挑戰(zhàn)都能被克服?！边@樣的觀點(diǎn)與Mikhail Dyakonov文章中的觀點(diǎn)如出一轍。報(bào)告的具體展開部分詳細(xì)闡述了多個(gè)可以解釋Mikhail Dyakonov悲觀觀點(diǎn)的原因，并增加有幾個(gè)我此前沒意識(shí)到的原因。

委員會(huì)特別說明了在創(chuàng)造一個(gè)自我加強(qiáng)的技術(shù)進(jìn)步周期——它通向商業(yè)應(yīng)用，進(jìn)而帶來私營(yíng)部門投資和進(jìn)一步的技術(shù)進(jìn)步——方面所面臨的挑戰(zhàn)。這樣的周期在過去的幾十年里推動(dòng)了傳統(tǒng)計(jì)算的巨大進(jìn)步。因此，你可以理解這種路徑的愛好者為什么會(huì)希望量子計(jì)算也能有類似的結(jié)果。這就要求能在短期內(nèi)能建成的量子計(jì)算機(jī)至少要有一些商業(yè)應(yīng)用。而這是不太可能的。

那種可能很快就能建成的機(jī)器，委員會(huì)稱之為“嘩眾取寵的的中間型量子計(jì)算機(jī)”（noisy intermediate-scale quantum computer）或NISQ計(jì)算機(jī)，可能不會(huì)有多大的實(shí)際用途。委員會(huì)表示：“目前還沒有可以有效利用這類機(jī)器的已知算法/應(yīng)用程序?！边@可能會(huì)改變，也可能不會(huì)。如果不會(huì)，那么業(yè)界似乎不太可能在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)投資量子計(jì)算，以使該技術(shù)能夠產(chǎn)生效益。

最后，委員會(huì)總結(jié)說，即使實(shí)用的通用量子計(jì)算機(jī)最終被證明是不可能建造出來的，人們也會(huì)在設(shè)計(jì)和制造一臺(tái)失敗的量子計(jì)算機(jī)的過程中學(xué)到很多東西。報(bào)告中的第六個(gè)“關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)”是：

“量子計(jì)算對(duì)于推動(dòng)基礎(chǔ)性研究是有價(jià)值的，那些研究將有助于促進(jìn)人類對(duì)宇宙的理解。與所有的基礎(chǔ)性科學(xué)研究一樣，這一領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)帶來變革性的新知識(shí)和應(yīng)用?！?/p>

是的，當(dāng)然。即使是持懷疑態(tài)度的Mikhail Dyakonov也會(huì)同意這一點(diǎn)。在其文章中，他承認(rèn)，“（關(guān)于量子計(jì)算的）實(shí)驗(yàn)性研究是有益的，可能有助于更好地理解復(fù)雜的量子系統(tǒng)?！钡缥瘑T會(huì)成員自己所指出的，任何形式的基礎(chǔ)研究都是有價(jià)值的，因?yàn)樗赡軙?huì)帶來一些對(duì)社會(huì)有用或有益的東西。對(duì)于政府和其他科學(xué)和工程資助者來說，很重要的一點(diǎn)在于弄清楚哪種基礎(chǔ)研究比其他研究更有價(jià)值。為此，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和工程院的這份新報(bào)告似乎非常有用，即使它只是為那些認(rèn)為量子計(jì)算企業(yè)注定會(huì)成功的人敲響了警鐘。