量子计算的发展现况

虽然门模型量子计算在未来具有巨大的前景，但量子退火系统正在为当今的企业解决复杂的优化问题。

你可能听说过量子计算代表着当前经典计算的一个飞跃。退火量子计算机已经证明，对于某些工作负载，它们比传统计算机要快得多，并且很快就能完成以前无法想象的计算。重要的是，它们可以与传统计算机协同工作，因此可以实现量子混合应用。

但首先，让我们讨论一下当今的企业可以利用量子计算做些什么。要了解量子今天在哪里以及为什么提供价值，你需要区分两种领先的量子计算模型:门模型和量子退火。

根据定义，这两种量子方法都依赖于量子位——也就是说，具有叠加量子特性的比特，这意味着它们可以代表1和0的组合，而不仅仅是经典比特的开或关二进制状态。这种状态的叠加，加上量子力学的纠缠现象，使量子计算机能够同时操纵大量的状态组合。量子比特可以由不同的技术组成，包括超导、离子阱、光子学等。

在门模型中，将经典计算机的逻辑门替换为量子门，当量子门在机器层面进行适当编程时，可以操纵量子比特来产生计算结果。相比之下，退火模型量子计算机可以在更高的层次上进行编程，以操纵量子比特来解决现实世界的优化问题。

在这两种情况下，都需要一台经典计算机来控制量子计算机。所有的量子计算方法都需要对QPU(量子处理单元)进行重大的工程设计和仔细的环境控制。幸运的是，门模型和退火量子计算机都可以通过云实现其功能。在这两种量子计算系统中，量子退火在为企业提供更多的实用价值。

量子退火边缘

经典计算机已经变得如此强大和多功能，很难想象它们不能实现什么。但它们确实有局限性。在许多可能的解决方案中选择最佳解决方案可能有点困难，对于今天的经典系统来说，它无法在现实的时间框架内提供答案。这就是退火量子计算机的亮点所在。

对于特定类型的量子模拟，退火已被证明比经典方法快300多万倍。对于一类称为3D自旋玻璃的经典优化问题，退火最近被证明比今天的经典计算机更快地提高了解决方案的质量。那么，这对现实世界意味着什么呢?一家公司已经使用该技术开发了一个量子混合应用程序，该应用程序研究了6700万种不同的场景，并在大约13秒内提供了答案!

退火方法源于量子物理学本身。基本原理很简单:如果处理得当，物理系统倾向于保持在其最低能量配置。这就是量子退火的基础——在这个范式之上，你可以运行选择“最低能量”解决方案的优化工作负载，从最有效的交付路线到风险最低的金融投资组合。

在今天的量子退火中，这些现实世界的优化问题以混合方式解决，也就是说，它们结合了经典和量子计算能力。这对开发人员来说是件好事。例如，他们可以简单地用Python编写应用程序，并使用量子软件开发工具包来利用量子退火的力量。

当开发人员通过云访问量子——经典混合求解器时，他们不必直接处理量子退火系统。相反，他们可以依靠经典计算的前沿，将工作负载的适当部分分流到幕后的退火量子计算机上。选择最优解是退火量子计算机的工作。与传统计算机相比，它可以在更短的时间内完成这项工作，并获得更好的结果。

退火的另一个优点是纠错——量子退火不需要纠错。这听起来可能很奇怪，因为所有的量子计算都容易受到噪音的影响。然而，当退火量子计算机上出现噪声时，量子态最终可以重新出现，并且确定最优解的过程。

开发人员和用户都不会暴露在这样的诡计中，因为与他们交互的经典计算机解决了这种复杂性。此外，即使混合模型使你能够扩展量子计算能力，许多问题的部分将最好由经典计算机处理。量子计算的未来是混合的。随着量子系统的发展，我们将继续看到可以解决的问题类型的扩展。

退火量子系统现在是可用的，并且可能永远是解决优化问题的最佳方法。优化涵盖了私人和公共部门所看到的各种各样的问题集。

通往量子未来的大门

当你听到人们谈论量子计算机有一天会取代我们的经典二进制时，这种预测起源于门模型量子计算机。毕竟，最初的概念是用量子比特代替传统比特，用量子门代替传统门。只需为这个新平台编写各种各样的应用程序，然后，你好，欢迎来到一个全新的计算世界。

但这个概念也存在一些问题，首先是开发者必须承担沉重的负担。为门模型设计的软件开发套件要求开发人员学习QPU的汇编器，其中涉及一些非常高级的数学。底线是，要完全理解可以为门模型量子计算机创建的算法，开发人员必须获得扎实的量子物理工作知识，并学会说一种全新的计算语言。

此外，门模型系统中的误差使它们无法在量子态中保持足够长的时间来解决现实世界的问题。因此，门模型量子计算机的用户今天主要是学术界而不是工业界。他们将量子门模型用于量子化学实验、流体动力学的微分方程，以及其他经典计算机往往碰壁的领域。在这些竞争激烈的研究领域，花时间和金钱培训或雇佣着眼于未来的专业量子开发人员是值得的。

但企业需要意识到，门模型量子计算还处于早期阶段，在解决优化问题方面，门模型系统可能永远不会比退火系统更好。与退火量子计算机不同，门模型量子计算机需要纠错，这是量子计算最大的单一工程挑战。在门模型中，信息被置于量子态。如果这种状态崩溃，量子系统应该能够纠正错误并回到它停止的地方。但大规模实现这一目标的能力尚未实现。

这就是为什么，目前，一些门模型系统放弃了误差校正，为它们赢得了“NISQ计算机”的名称。没有证据表明NISQ计算机可以支持商业应用程序。我们最好的估计是，实现可靠且具有纠错功能的门模型量子计算机至少还需要7年的时间。

计算范式的伙伴关系

关于量子计算取代经典计算的炒作是完全错误的。在可预见的未来，量子计算和经典计算将并肩工作。与此同时，人们哀叹量子被困在实验室里，却没有认识到退火量子计算机今天所带来的价值。

有人说，退火量子计算机“仅限于”优化应用。但是，当你考虑到这一点时，有什么努力比在资源投资中获得最佳回报更紧迫呢?
 
到本十年末或下一个十年初，门模型量子计算的纠错和编程困难可能会得到解决，从而开辟更广泛的应用范围。但是没有必要等待将量子应用于企业。越来越多的企业正在发现量子退火带来的价值——不仅是实际的优化效益，而且是量子领域的宝贵经验。

现在，几乎所有的组织都可以从量子经典混合技术中获益，并得到当今量子退火系统的支持。与此同时，他们将为我们不可避免的量子未来做准备。