量子计算机商业化

量子计算机将是有用的设备。通过利用量子力学的反直觉特性，他们可以比任何可以想象的非量子机器更快地进行一些计算(尽管只有一些)。

首先，在搜索数据库时，它们可能比任何经典计算机都要快得多--这是一种有一千种用途的基本操作。他们在更具体的任务上也会更快。精确地模拟除了最简单的化学反应之外的所有化学反应，对于任何非量子计算机来说，无论有多大，在数学上都是难以处理的。量子计算机可以做到这一点，有助于药物、催化剂和电池的开发。量子计算机还将加速优化问题的分析，这些优化问题试图找到最好的方法来处理许多变量，以最大化特定的结果。这对运输业(通过寻找有效的路线)和财政(通过在一系列约束下最大化利润)都是一种恩惠。管理咨询公司波士顿咨询集团(Boston Consulting Group)预计，到2050年，量子计算机每年将为用户带来4500亿至8500亿美元的运营收入。

不幸的是，大型、稳定的量子计算机还不存在。但体型小、脾气暴躁、情绪不稳定的人就是这样。加州理工学院(California Institute Of Technology)的量子计算研究员约翰·普雷斯基尔(John Preskill)称这种机器为“噪音大、中等规模的量子计算机”。一些人认为这些仅仅是通向规模和稳定的垫脚石，这肯定是那些从事这些工作的人的目标。然而，越来越多的公司和投资者希望，在此期间，S自己将能够做有用的工作。这些公司正在寻找“量子优势”--一种即使是今天有限的机器也可能对他们的底线或客户的底线产生影响的方式。

在该领域历史上的大部分时间里，量子计算研究都得到了政府或大型信息技术公司的支持。不过，越来越多的风险投资()行业表现出了兴趣。总部设在西雅图的研究公司PitchBook跟踪了今年到目前为止投资于量子计算的4.95亿美元，几乎是去年总额的两倍(见图表)。数十家初创公司正在与现有的科技巨头竞争。老牌公司，如汽车制造商戴姆勒(Daimler)和银行高盛(Goldman Sachs)，正开始试验这个新兴行业的产品，希望如果他们能掌握这些产品，就会比他们的竞争对手更具优势。

大部分资金都用于建造硬件。道格·芬克(Doug Finke)是一名计算机工程师，负责管理专注于新兴行业的量子计算报告，他知道有87个大大小小的组织在试图建造量子计算机。与20世纪70年代以硅晶体管作为计算单位的经典计算不同，到目前为止，人们还没有就建造量子计算机的最佳方式达成共识。位于马里兰州的ION公司已经筹集了8400万美元，它使用激光操控的被捕获的镱离子来进行计算。本月早些时候，加州的Rigetti计算公司宣布将为英国政府建造一台量子计算机，该公司利用微波来控制流经超导电路的电子对。微软虽然不是一家初创公司，但它正在研究一种依赖于超冷电子相互作用的“拓扑”量子计算机。

一家资金特别充裕的新公司是PsiQuantum，它用沿着刻蚀在普通硅片上的波导运行的光子进行计算。它希望完全跨越这个时代，在大约五年内生产出一台完全成熟的量子计算机-尽管这比大多数专家认为可行的时间要早得多。PsiQuantum成立于2015年，由来自英国帝国理工学院和布里斯托尔大学的研究人员创立。它已经从投资者那里筹集了2.15亿美元，其中包括一家大型投资公司贝莱德(BlackRock)和一家美国公司创始人基金(Founders Fund)，后者是SpaceX和Facebook的早期投资者。该公司创始人之一杰里米·奥布莱恩(Jeremy O‘Brien)表示，与大型合同芯片制造商GlobalFoundries合作，PsiQuantum已经在生产充满量子计算芯片的晶片。

其他公司正专注于让量子计算机更容易使用。-是一家澳大利亚初创公司，已经从红杉资本(Sequoia Capital)和In-Q-tel(代表美国情报机构进行投资)等投资者那里筹集了“数千万”资金。“我们制造‘量子固件’，”该公司创始人之一迈克尔·比尔库克(Michael Biercuk)说。这是负责直接控制计算机硬件的最低级别的软件。

其中一个很难处理的原因是它们所依赖的微妙的量子态在几分之一秒内分解，所以计算必须在这些零碎的时间内完成。最重要的是，不完美的制造意味着量子芯片的某些部分不会受到影响。

在制造了一台机器并将其调整为尽可能好地工作后，下一步是将其送到潜在客户手中。要做到这一点，最简单的方法是将感兴趣的各方连接到互联网，并邀请他们进行试验。成立于2017年的“网络”(Network)是一项云计算服务，允许客户使用该公司自己的量子计算机。现在已经与数十家老牌公司建立了合作伙伴关系，包括戴姆勒(Daimler)、三星(Samsung)和高盛(Goldman Sachs)，这些公司因此打算探索这项技术。

规模较小的硬件制造商，由于缺乏影响力，已经与其他云计算公司联手。微软(其自己的拓扑机仍处于早期开发阶段)提供通过其云计算服务Azure访问来自IonQ、霍尼韦尔和一家名为量子电路的公司的机器。亚马逊拥有来自Rigetti、IonQ和D-Wave的机器，D-Wave是一家加拿大公司，制造称为量子退火机的专用、固定用途的计算机。

不是让硬件制造商拿出有用的算法，而是希望现有的企业，通过以这种方式获得访问机器的权限，将为自己发明这样的算法。微软量子系统团队负责人克里斯塔·斯沃尔(Krysta Svore)表示，考虑到这一点，一项任务是让这些机器尽可能易于使用。该公司已经开发了一些工具，旨在帮助客户理解量子计算机的反直觉特性。它还开发了软件，旨在消除来自不同制造商的机器之间的差异，这样程序员就不必担心他们是在编组离子还是电子。她将这与经典计算的早期相比，当时编译器和早期编程语言的发展将人类从原始机器代码的1和0中解放出来。

最大的问题是，这一切导致了什么。尽管令人兴奋，但该行业的商业先驱们还有很多工作要做。有很多希望，但到目前为止，还不确定。找到既商业上有用又足够简单的算法来在机器的限制下工作并非易事。美国国家科学院去年发表的一份报告提醒读者，目前尚不存在商业应用。

那么，第一步就是去看看。谷歌(Google)去年展示了“量子至上”，这让业界欢欣鼓舞。在这场演示中，谷歌使用一台机器，只需几分钟的计算时间，而在传统硬件上，这一计算可能需要数千年的时间。谷歌的计算是高度做作的，在现实世界中几乎没有什么用处。但事实证明这是有道理的。8月份，该公司在“科学”杂志上发表了一篇论文，描述了对涉及氢原子和氮原子的化学反应的模拟。这种反应非常简单，经典的机器都可以做到。

像芬克这样的乐观主义者认为，只要有一点运气和进步，量子计算机的第一批商业相关应用将在未来两三年内出现。特别是，他认为值得密切关注金融业，在这个行业，量子计算机可以促进交易算法和投资组合管理。“要开发一种新电池或一种新药，你必须测试产品，”他指出。这可能需要数年时间。一种巧妙的新金融算法可以在几天内部署完毕。考虑到市场的规模，即使是微小的优势也可能值一大笔钱。的合伙人阿米特·库马尔(Amit Kumar)对此表示同意-尽管他指出，一家热衷于保持优势的公司，已经找到了从量子加速中获益的方法，可能会试图将这一事实保密。

然而，这种资金的涌入让一些研究人员担心，炒作可能会超越现实，并为未来积累失望情绪。Biercuk博士说，部分资金来自一些公司，它们通过投资所谓的“深度科技”来承担经过计算的风险，这些项目是尖端的、高度技术化的项目，比如量子计算，它推动了最先进的技术，而不是以消费者为中心的应用程序或小玩意儿，它们进入市场的路径更短、更确定。但他警告说，也不乏被炒作所困扰的“蠢钱”。

这些赌注是否会有回报，将影响到风险投资行业下一轮奖金之外的问题。传统计算机发展如此迅速的一个原因是，即使是早期的、脆弱的计算机也能用于从战时密码破解到大公司工资单自动化的一切工作。这些应用程序产生了足够的现金来设计下一代功能较弱的机器，这带来了更多的钱。几十年后，由此产生的良性螺旋仍在转向。

那些现在进入量子计算的人希望鼓励一个类似的良性反馈循环。如果他们成功了，量子计算的承诺可能会比十年前更快实现，或者更有可能在大型、稳定的机器准备就绪之前过去。如果他们失败了，该领域的声誉可能会受到打击。这种打击不太可能是致命的。但它会推迟一台可用的机器的到来。。

更正(2020年9月24日)：这篇文章的早期版本将芬克描述为物理学家，并给他起了博士的头衔。他实际上是一名计算机工程师，绰号“先生”。对于这个错误，我深表歉意。

这篇文章发表在印刷版的科技版上，标题为“不确定性原则”。