科技行者美国国家科学院发布前景报告,再给实用量子计算机“降温”

美国国家科学院发布前景报告,再给实用量子计算机“降温”

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美国国家科学院发布前景报告,再给实用量子计算机“降温”

2018年12月12日 科技行者
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针对量子计算机是否能在可预见的未来被创造出来的问题,由美国国家科学院、工程院与医学院组建的专家委员会上周发布了一个长达205页的报告,对创建出能够解决实际问题的功能型量子计算机的可行性、影响以及所需的时间和资源进行了评估。

来源:科技行者 2018年12月12日

关键字:量子计算机

11月,IEE Spectrum发布了一篇题为《The Case Against Quantum Computing(科技行者编译文章:全球理论物理学泰斗给量子计算机泼冷水:可预见的未来造不出来)》的文章。在文章当中,作者Mikhail Dyakonov提出了自己的观点,表示由于实现过程中的一系列技术挑战,在可预见的未来,造出实用性的通用型量子计算机的可能性非常小。

在全世界都对量子计算抱有极高的热情当下,这篇文章的出现引发了热烈的讨论甚至争议。

 美国国家科学院发布前景报告,再给实用量子计算机“降温”

图片来源:iStockphoto

大致在同一时间,由美国国家科学院、工程院与医学院组建的专家委员会也一直在努力试图找出这个问题的答案——量子计算机到底还需要多久才能发展成熟,从而带来实际的商业价值。更具体地,该委员会正在“对创建出能够解决实际问题的功能型量子计算机的可行性与影响进行专门的评估”,并估算“完成这项工作所需要的时间与资源,考量如何对成功机率做出准确判断。”

针对这些问题,上周该委员会正式发布了一份长达205页的报告(报告下载地址:https://www.nap.edu/catalog/25196/quantum-computing-progress-and-prospects),并举办了一次面向记者的网络研讨会。

该委员会由13位量子计算专家组成,其中包括:来自加州大学圣芭芭拉分校的谷歌量子计算硬件项目负责人John Martinis、来自芝加哥大学的圣芭芭拉分校自旋电子学与量子计算中心前负责人David Awschalom,以及来自加州大学伯克利分校的伯克利量子信息与计算中心联合主任Umesh Vazirani等。

面对量子计算的前景问题,这支专家小组更倾向于给出乐观积极的回答。当然,他们也没有回避在设计并制造实用性通用量子计算机方面面对的难题。恰恰相反,在报告中,我们多次看到了与Dyakonov类似的,对于量子计算前景持怀疑态度的重要依据。

与大多数主流新闻媒体所认为的,“量子计算机能够完成各种稀奇古怪的任务处理,并且只需要五到十年即可全面实现”的观点不同,在报告当中,委员会成员们强调了以下 “重要结论”:

虽然量子计算近期的发展速度非常之快,但出乎意料的是,专家们给出的观点是,在接下来的十年之内几乎不太可能建立起能够破解RSA 2048(RSA公开密钥密码体制指的是使用不同的加密密钥与解密密钥,是一种“由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的”密码体制),或者其它基于离散对数的类似公钥密码系统的量子计算机。

具体来说,破解这种加密机制,也只是量子计算机在理论上具备适用性的计算实例之一,但这已经具有非常大的难度。因此,在报告中,专家们肯定地指出——在未来十年之内,要创建一个具备此类实用能力的量子计算机希望是非常渺茫的。

那么,大概需要多久才能出现真正具备实用性的量子计算机呢?各位委员会成员并未给出任何具体的时间估计。专家们指出,目前他们只能提供一些与量子计算实际情况相关的指导意见,即严格以真正的可行性为前提对进展情况做出反馈。

该报告在摘要部分就明确指出,通用量子计算机的研究挑战是巨大的,而且“无法保证这些挑战能够切实被克服。”这些陈述与Dyakonov文章中的观点相呼应。只是由于委员会报告篇幅更长,因此做出的阐述也更为详尽。关于Dyakonov抱持悲观结论的原因,这份报告给出了更多依据。

具体地,委员会描述了一个从“创建技术”到“自我增强”这一良性循环中存在的挑战。首先,只有建立起这样的循环,才能实现商业应用并吸引投资,从而进一步推动量子计算技术的进步。几十年以来,正是这样的循环推动了传统计算技术的快速发展。也正因为如此,量子计算的支持者们才提出了在短时间之内让量子计算机至少具备一定程度的商业应用能力的可行性。但委员会认为,即使是这样的要求,都很可能无法实现。

至于那些能够在短期内建成的机器,委员会将其称为“充满噪音的中型量子计算机”,或者简称NISQ计算机。这类设备可能不会有太多实际性用途。委员会指出,“目前还不存在能够有效利用这类机器的已知算法或应用程序。”虽然这一结论还有待商榷,但是如果情况无法出现明显的改变,那么业界似乎不太可能继续对量子计算这个领域进行长期投资,从而慢慢等待技术带来的真正回报。

当然,报告最后还指出,虽然实用型通用量子计算机甚至有可能被证明根本不可能实现,人们也能够在设计与构建的尝试过程中学习到相关的经验与教训。以下是报告中列出的第六条“重要结论”:

在促进人类理解宇宙的基础性研究方面,量子计算具有非常重要的意义。与所有基础科学研究一样,该领域的发现可能会带来变革性的新知识与应用方向。

对此,Dyakonov在他的文章中也表示:“对量子计算的实验性研究是有益的,这可能帮助我们更好地理解复杂的量子系统。”

总的来说,正如委员会成员们所提到,任何类型的基础科学研究都具有价值,因为其可能会带来其它一些非直接,但具有实际意义或者对社会有益的成果。而政府以及其它科学与工程机构的核心目标,在于弄清楚哪些基础研究比其它研究更具价值。从这个角度来看,这份报告非常具有指导意义,它能激发大家以更严谨的科学态度,去进行量子计算研究。


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