炒作无处不在，容错量子计算可能会加速其实施。
撰写者 |光子盒研究所.
本周，IEEE Spectrum发表了一篇出色的文章，深入探讨了量子计算（QC）的近期前景。
本文的目的不是给量子计算的前景泼冷水，而是表明量子计算的未来还很遥远，并提醒读者量子计算的用例可能很窄。
不仅如此，该报告还强调了哈佛大学领导的团队最近在纠错方面取得的进展，以及使用逻辑量子比特来说明事情的变化有多快。
这篇文章（Quantum Computing's Hard Cold Reality Check）是一本引人入胜的快速阅读，Photonic Box团队已经汇编了全文并将其呈现给读者。
量子纠错是实用量子计算的关键。
量子计算机革命可能比许多人认为的更遥远、更有限。 这是新兴量子计算行业内外少数著名怀疑论者发出的信息。
量子计算机被吹捧为一系列问题的解决方案，例如金融建模、优化物流和加速机器学习。 量子计算公司提出的一些雄心勃勃的时间表表明，这些机器可能会在短短几年内影响现实世界的问题。
然而，在许多人看来，对这项技术的不切实际的期望遭到了越来越多的反对。
yann lecun
Meta 人工智能研究主管 Yann Lecun 最近因对量子计算机在不久的将来做出重大贡献的前景泼冷水而成为头条新闻。
在庆祝 Meta 基础 AI 研究团队成立 10 周年的活动中，他表示该技术是“一门引人入胜的科学课题”，但他不太相信“制造真正有用的量子计算机的可能性”。
虽然Lecun不是量子计算方面的专家，但该领域的领军人物已经表达了谨慎的态度。 亚马逊网络服务（Amazon Web Services）量子硬件负责人奥斯卡·佩因特（Oskar Painter）表示，目前该行业“有很多炒作”，“很难从完全不切实际的幻想中过滤掉乐观情绪。
当今量子计算机面临的一个基本挑战是它们非常容易出错。 一些人认为，这些所谓的“嘈杂的中等规模量子计算”（NISQ）处理器仍然可以发挥有用的作用。 但人们越来越认识到这是不可能的，量子纠错方案将是实现实用量子计算机的关键，Painter说。
主要建议是将信息分散到许多物理量子比特上，以创建更强大的“逻辑量子比特”，但这可能需要每个逻辑量子比特多达 1,000 个物理量子比特。 有些人甚至认为量子纠错从根本上是不可能的，但这不是主流观点。 无论如何，Pointing说，以所需的规模和速度实现这些计划仍然是一个遥远的目标。
考虑到实现能够在数千个量子比特上运行数十亿个门的容错量子计算机的技术挑战，很难给出时间表，但我估计至少还需要十年时间。 ”
奥斯卡·佩因特
区分炒作和现实。
这不仅仅是时间尺度的问题。
今年5月，Microsoft技术研究员马蒂亚斯·特洛耶（Matthias Troyer）在《ACM通讯》杂志上发表了一篇文章，认为量子计算机可以提供有意义的优势的应用数量比一些人想象的要有限。
马蒂亚斯·特罗耶
*页。 “在过去的10年里，我们发现人们提出的很多建议都不起作用，”他说。 然后我们发现了一些非常简单的原因。 ”
量子计算的主要承诺是能够比经典计算机更快地解决问题，但速度各不相同。 Troy说，量子算法似乎在两个应用中提供了指数级的速度：一个是分解大数字，这可以破坏互联网所依赖的公钥加密另一种是模拟量子系统，可应用于化学和材料科学领域。
量子算法已被提出用于解决一系列其他问题，包括优化、药物设计和流体动力学。 然而，量子算法所声称的加速并不总是实现的：有时它只是二次增益，即量子算法解决问题所需的时间是经典算法所需时间的平方根。
特洛伊说，量子计算机产生的巨大计算开销将很快抵消这些收益。 操作量子比特比切换晶体管要复杂得多，因此速度要慢几个数量级。 这意味着经典计算机对于较小的问题总是会更快，而量子计算机将领先，这取决于经典算法的复杂性扩展的速度。
Troy 和他的同事将 NVIDIA A100 GPU 与虚构的未来容错量子计算机进行了比较，该计算机具有 10,000 个“逻辑量子比特”和比当今设备快得多的门。
Troy说，他们发现，具有四倍速度的量子算法必须运行几个世纪，甚至几千年，才能在处理足够大的问题时优于经典算法。
另一个重大障碍是数据带宽。 量子速度很慢，这从根本上限制了经典数据进出量子计算机的速度。 特洛伊解释说，即使在乐观的未来，这种速度也可能比经典计算机慢数千倍或数百万倍。
这意味着在可预见的未来，机器学习或数据库搜索等数据密集型应用程序几乎肯定是不可能的。
Troy说，结论是，量子计算机只有在处理小数据问题时才能真正发挥指数级的速度。 “其余的都是美丽的理论，但它们是不实用的。 “他补充道。
性能比较。 随着量子速度的提高，量子计算机将比经典计算机需要更少的计算。 然而，由于操作的复杂性高，门的运行速度慢，量子计算机上的每次操作都比相应的经典操作慢。 如附图所示，对于小问题，经典计算机总是更快，而量子优势是在与问题相关的交叉尺度之后实现的，在这个尺度上，量子加速的增益克服了量子计算机的连续减速。
Troy说，这篇文章在量子世界中没有太大影响，但Microsoft的许多客户都很高兴能清楚地了解量子计算的实际应用。
他们已经看到许多公司缩减甚至关闭了量子计算团队，包括金融和生命科学领域的团队。 ”
重新评估容错量子计算的时间尺度。
斯科特·亚伦森
德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）计算机科学教授斯科特·阿伦森（Scott Aaronson）表示，对于任何密切关注量子计算研究的人来说，这些局限性并不奇怪。
有人声称量子计算将彻底改变所有这些行业，例如机器学习、优化和金融，我认为持怀疑态度总是有道理的。 如果人们现在才意识到这一点，那么欢迎。 ”
虽然他同意实际应用还有很长的路要走，但该领域的最新进展确实让他有理由保持乐观。 本月早些时候，来自量子计算初创公司Quera和哈佛大学的研究人员证明，他们可以使用280量子比特的处理器生成48个逻辑量子比特，远远超过以前的实验。
“这无疑是多年来最大的实验进展，”阿伦森说。 ”
Quera的首席营销官尤瓦尔·博格（Yuval Boger）一直热衷于强调该实验只是一个实验室演示，但他认为结果导致一些人重新评估容错量子计算的时间尺度。 但他也表示，他们也注意到一种趋势，即一些公司正在悄悄地将资源从量子计算中转移出去。
他说，这在一定程度上是由于自大型语言模型出现以来人们对人工智能的兴趣日益浓厚。 但他也认为，业内一些人夸大了这项技术的近期潜力，并认为炒作是一把双刃剑。 “这有助于获得投资，让有才华的人兴奋地进入这个领域，”他说。 但另一方面，当你说量子技术将解决世界上所有的问题时，这有点令人失望，但后来它没有解决它们，或者他们现在还没有解决它们。 ”
即使在量子计算机看起来最有前途的领域，它们的应用范围也可能比最初希望的要窄。
为什么量子速度更快？破解加密或绘制分子结构图等问题可能需要对数百万种可能性进行分类。
近年来，来自科学软件公司薛定谔（Schrödinger）和一个多机构团队的研究人员发表了**文章，表明只有有限数量的量子化学问题有可能从量子加速中受益。
与可能的短期量子计算机应用相关的分子特征的比较。
*链接：探索下一代量子技术。
菲利普·哈巴赫
同样重要的是要记住，许多公司已经拥有在经典硬件上运行的成熟且高效的量子化学工作流程，德国制药巨头默克公司（德国达姆施塔特）集团数字创新全球负责人Philipp Harbach说。
“将量子计算机描绘在公众面前，就好像它可以实现目前不可能实现的事情一样，这是不准确的，”他说。 主要是，它将加快现有流程，而不是引入一个完全颠覆性的新应用领域。 因此，我们在这里评估差异。 ”
Ha的研究团队已经研究了量子计算与默克工作的相关性大约六年。 虽然NISQ设备有可能用于一些高度专业化的问题，但他们得出的结论是，在实现容错之前，量子计算不会对行业产生重大影响。
即便如此，这种影响的变革性程度取决于具体的用例和公司正在开发的产品，Ha**说。
量子计算机在为经典计算机难以在更大范围内解决的问题提供精确解决方案方面大放异彩。 这对于某些应用非常有用，例如设计新的催化剂，哈**但默克感兴趣的大多数化学问题都涉及大量候选分子的快速筛选。
量子化学中的大多数问题都不是指数的，近似就足够了。 它们都是表现良好的问题，你只需要随着系统的发展而使它们更快。 ”
尽管如此，Microsoft的特洛伊还是有理由保持乐观。 即使量子计算机只能解决化学和材料科学等领域的有限问题，它们的影响仍然可能改变游戏规则。 “我们谈论石器时代、青铜时代、铁器时代和硅时代，所以材料对人类的影响是巨大的，”他说。 ”
提出一些怀疑的目的不是为了抑制人们对该领域的兴趣，而是为了确保研究人员专注于量子计算最有前途和潜在影响的应用。 ”
参考链接。 1]
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