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這就是通常會(huì)產(chǎn)生突破性技術(shù)進(jìn)步的環(huán)境。毫無疑問：量子計(jì)算的突破將是一個(gè)重大突破。它將給現(xiàn)代企業(yè)界帶來兩個(gè)巨大、突然發(fā)生的變化：第一個(gè)是終結(jié)我們現(xiàn)有在公共網(wǎng)絡(luò)上保障數(shù)字隱私和安全的基礎(chǔ)設(shè)施，讓尚未升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施的企業(yè)完全無力防范毀滅性攻擊。第二個(gè)變化更積極，算法能力的爆發(fā)能完成如今計(jì)算機(jī)做不到的事情，并有望重塑我們的世界。具有商業(yè)價(jià)值的量子計(jì)算機(jī)會(huì)何時(shí)面世？自從肖爾算法的原理證明演示以來，時(shí)間已經(jīng)過去了近20年，科學(xué)家們?cè)陂_發(fā)大型量子計(jì)算機(jī)方面仍然面臨著無數(shù)挑戰(zhàn)。懷疑論者認(rèn)為，站在自身角度，對(duì)量子計(jì)算的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用感到興奮或焦慮還為時(shí)過早。過去可以為我們提供啟發(fā)：晶體管的發(fā)明是在1947年，然而第一個(gè)4位處理器是25年之后才出現(xiàn)，在那之后又過了25年，英特爾才推出了帶有數(shù)百萬晶體管的奔騰Pro芯片。技術(shù)進(jìn)步需要時(shí)間，量子也不例外。但量子技術(shù)正在到來，用不了多久，企業(yè)管理者就會(huì)考慮它將如何刺激數(shù)字投資、重塑行業(yè)和激發(fā)創(chuàng)新。在短期內(nèi)，它不會(huì)成就或破壞業(yè)務(wù)，但對(duì)量子應(yīng)用的透徹了解至關(guān)重要，它可以讓你的公司在未來十年內(nèi)做好獲益的準(zhǔn)備，并避免潛在災(zāi)難。何為量子計(jì)算機(jī)？量子力學(xué)——在原子和亞原子層面上研究物質(zhì)和光的行為的科學(xué)——的原理是磁共振成像、激光、原子鐘和納米顯微鏡等創(chuàng)新的核心?？墒牵眠@些原理制造計(jì)算機(jī)需要我們掌握一項(xiàng)全新技能：精確控制量子系統(tǒng)的行為，同時(shí)保留其“怪異”的量子力學(xué)性能。這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)榱孔酉到y(tǒng)（比如光子和電子）非常脆弱且不穩(wěn)定，其行為與我們對(duì)物理世界的運(yùn)行方式根深蒂固的看法相悖。可是加以正確利用時(shí)，它們的反直覺力量就是解鎖新功能的特性，而不是漏洞。制造實(shí)用量子計(jì)算機(jī)最大的障礙之一是量子位不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間逗留。振動(dòng)、溫度和其他環(huán)境因素可能造成它們失去量子力學(xué)特性，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤。目前量子位的錯(cuò)誤發(fā)生率限制了算法可以運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間?？茖W(xué)家們正在努力打造一種環(huán)境，許多物理量子位會(huì)在這種環(huán)境中共同作用，創(chuàng)造出容錯(cuò)邏輯量子位，這種容錯(cuò)邏輯量子位可以留存更長(zhǎng)時(shí)間，長(zhǎng)到足以支持商用應(yīng)用。生成一個(gè)邏輯量子位很可能需要大約1000個(gè)物理量子位；當(dāng)今最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)只有50到100個(gè)物理量子位。過去幾年里，企業(yè)越來越多地參與到量子計(jì)算機(jī)的制造中。IBM和谷歌這兩家在這一領(lǐng)域最樂觀的科技公司均認(rèn)為，邏輯量子位將在兩年內(nèi)面世。就像基于晶體管的計(jì)算一樣，量子計(jì)算的商用不會(huì)突然出現(xiàn)，而是會(huì)隨著邏輯量子位數(shù)量的增加和錯(cuò)誤率的降低而穩(wěn)步提升。企業(yè)應(yīng)該如何利用量子計(jì)算機(jī)沒有幾家公司會(huì)在短期內(nèi)制造或擁有量子計(jì)算機(jī)。相反，我們將看到一種云計(jì)算式模式，在這種模式中，企業(yè)會(huì)租用由幾家專業(yè)提供商主理的量子機(jī)器的訪問權(quán)，類似于今天的公司從AWS、谷歌云和Microsoft Azure購買計(jì)算服務(wù)。量子計(jì)算機(jī)不會(huì)單獨(dú)使用，而會(huì)成為混合解決方案的一部分，其中的各種任務(wù)將被分配給最合適的設(shè)備（量子計(jì)算機(jī)或傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)）。量子計(jì)算云基礎(chǔ)設(shè)施將實(shí)現(xiàn)資源共享，創(chuàng)造規(guī)模經(jīng)濟(jì)，降低成本，提升訪問量，而這又會(huì)推動(dòng)需求，加快進(jìn)展。隨著量子硬件和軟件的改進(jìn)，算法設(shè)計(jì)者將有能力對(duì)他們的想法和設(shè)想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和迭代。他們能夠改進(jìn)現(xiàn)有算法并創(chuàng)建新算法，而無需在實(shí)用機(jī)器的開發(fā)與測(cè)試之間等待多年。量子算法與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用的算法截然不同。最有可能應(yīng)用于商業(yè)流程的可分為五大類；其中一些可以提升我們完成標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)的速度，而另一些則為我們提供了全新機(jī)會(huì)。
何為量子計(jì)算機(jī)？
企業(yè)應(yīng)該如何利用量子計(jì)算機(jī)
模擬。當(dāng)理查德·范曼（Richard Feynman）和保羅·貝尼奧夫（Paul Benioff）等量子先驅(qū)最初設(shè)想量子計(jì)算機(jī)時(shí)，他們相信它將揭開大自然運(yùn)作的秘密。我們正開始見證他們的遠(yuǎn)見卓識(shí)。比如：用100個(gè)強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子模擬一個(gè)化學(xué)反應(yīng)（固氮就是這樣的反應(yīng)之一）是強(qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)鞭長(zhǎng)莫及的事。不過在2017年，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）理論化學(xué)教授馬庫斯·賴厄（Markus Reisher）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)計(jì)算了這項(xiàng)任務(wù)所需的量子系統(tǒng)的規(guī)模，并引入了一種可行的方法。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，如果使用一組先進(jìn)的機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器大約有100個(gè)邏輯量子位，這一目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。因模擬自然過程而可能出現(xiàn)突破的例子比比皆是。研究人員正在研究量子技術(shù)如何為光合作用等化學(xué)機(jī)制提供新思路。如果量子模擬能夠解決材料科學(xué)問題，比如找到化合物用于更高效的電池、更好的太陽能電池和更高效傳輸能量的新型輸電線，或許我們可以更好地應(yīng)對(duì)全球變暖。線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)方程是工程、金融、化學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)中許多傳統(tǒng)計(jì)算應(yīng)用的核心。量子計(jì)算為這類方程之解的采樣提供了指數(shù)級(jí)改進(jìn)的可能性。最有前途的線性系統(tǒng)應(yīng)用可能在提升后的機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的應(yīng)用——一種訓(xùn)練計(jì)算機(jī)執(zhí)行受人腦工作方式啟發(fā)的任務(wù)的方式——出現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)，以推動(dòng)各種各樣的應(yīng)用。與此同時(shí)，加強(qiáng)訓(xùn)練計(jì)算機(jī)模型的需求也與日俱增。以推薦系統(tǒng)為例。奈飛（Netflix）在一個(gè)大型矩陣中將訂閱者對(duì)其檔案中所有電影的偏好進(jìn)行了建模，用來向用戶推薦沒看過的電影。量子算法或許能夠比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快、更準(zhǔn)確地做出類似推薦，尤其是在矩陣中涉及許多面的時(shí)候。線性系統(tǒng)算法——以及我們會(huì)看到的其他類型算法——面臨的挑戰(zhàn)之一是所謂的數(shù)據(jù)加載問題：如何將大量傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅孔佑?jì)算機(jī)中。解決這一問題將是其商用進(jìn)程的重要里程碑。優(yōu)化。用于優(yōu)化的算法可以確認(rèn)特定場(chǎng)景中最有可能達(dá)到特定目標(biāo)的決策。比如，投資經(jīng)理會(huì)試圖通過平衡預(yù)期回報(bào)和某種風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)來為客戶找到最佳退休策略。量子優(yōu)化算法可以提升解決方案的質(zhì)量，提高尋求解決方案過程中的計(jì)算速度。優(yōu)化算法可以使各行各業(yè)的企業(yè)受益。任何依賴于尋找最佳供應(yīng)鏈路線，或提高制造設(shè)施生產(chǎn)率的企業(yè)都已了解優(yōu)化在提高業(yè)績(jī)方面的重要性。大多數(shù)的優(yōu)化問題都可以使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和算法充分解決。設(shè)想一下，你希望優(yōu)化下班回家約30公里的車程，谷歌地圖可以估算最佳路線。無論是選擇絕對(duì)最佳路線還是相差一分鐘內(nèi)的路線，都沒有太大的影響?？墒?，對(duì)于更大規(guī)模的挑戰(zhàn)和那些增量改進(jìn)非常有價(jià)值的挑戰(zhàn)，量子計(jì)算優(yōu)化算法可能會(huì)改變游戲規(guī)則。非結(jié)構(gòu)化搜索。當(dāng)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要在非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫中查找精確的信息目標(biāo)時(shí)，它必須逐行搜索，直到找到一個(gè)查詢匹配項(xiàng)。可是，計(jì)算機(jī)生成的每一個(gè)搜索結(jié)果都沒有提供額外的信息；也就是說，否定結(jié)果不會(huì)縮小后續(xù)搜索的可能性。這是計(jì)算機(jī)科學(xué)最基本的問題之一。為了更快地查找信息，人可以運(yùn)行多臺(tái)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都進(jìn)行逐行搜索。有了量子計(jì)算，搜索速度可以更快，搜索數(shù)據(jù)的范圍跨度可以更大。依賴于數(shù)據(jù)庫探查的應(yīng)用包括互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎、信用卡交易的實(shí)時(shí)處理，甚至是為尋找外星智慧跡象對(duì)天文無線電波的掃描。格羅弗算法（Grover’s algorithm）是開發(fā)于1996年的一種強(qiáng)大的量子搜索理論，可以極大改善計(jì)算機(jī)在大型非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中查找信息的方式，從而解決所謂“大海撈針”的挑戰(zhàn)?？纯椿蚪M技術(shù)的例子，它們?yōu)槲⑸飳W(xué)提供了變革性的見解——比如，識(shí)別遺傳性心臟疾病，以及為實(shí)時(shí)偵測(cè)和監(jiān)測(cè)流行病提供了巨大的可能性。這些技術(shù)需要大量的計(jì)算機(jī)能力。每次研究人員將DNA序列映射到參考基因組時(shí)，他們都必須在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行大規(guī)模搜索。格羅弗算法可以大大加快搜索速度，但它們只能在實(shí)用量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。因子分解和加密。正如我們之前討論的，質(zhì)因數(shù)分解在很大程度上是當(dāng)前全球互聯(lián)網(wǎng)安全和隱私基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)。銀行余額、比特幣、信用卡、社交媒體密碼，以及幾乎所有網(wǎng)絡(luò)罪犯感興趣的其他東西，都由于因子分解問題而得到保護(hù)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法用暴力解決這些問題。量子計(jì)算可能會(huì)顛覆這種范式，使我們今天所依賴的加密系統(tǒng)變得更容易被破解。2021年4月，負(fù)責(zé)制定網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)的美國政府機(jī)構(gòu)國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局（National Institute of Standards and Technology,NIST）警告說，“我們無法預(yù)測(cè)能夠執(zhí)行肖爾算法的量子計(jì)算機(jī)何時(shí)會(huì)被對(duì)手利用，但是……當(dāng)那一天到來時(shí)，所有用當(dāng)前公開密鑰算法保護(hù)的密鑰和私鑰——以及受到這些密鑰保護(hù)的所有可用信息——都將遭到曝光?！?/span>不法之徒可能無法破解當(dāng)前的加密技術(shù)，但他們可以輕易獲取加密格式的數(shù)據(jù)（比如，通過侵入互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，并復(fù)制流經(jīng)通信）。想象一下，如果一個(gè)黑客獲取并存儲(chǔ)加密數(shù)據(jù)，并等待一臺(tái)足夠先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，來破解加密技術(shù)會(huì)怎么樣？到那時(shí)，所有的數(shù)據(jù)都將曝光。為了防止這種情況發(fā)生，遠(yuǎn)在量子計(jì)算機(jī)大規(guī)模運(yùn)行之前就必須轉(zhuǎn)向抗量子加密技術(shù)。管理者應(yīng)如何應(yīng)對(duì)盡管商用量子計(jì)算機(jī)尚未面世，但現(xiàn)在就可以開始準(zhǔn)備。管理者應(yīng)關(guān)注兩項(xiàng)關(guān)鍵活動(dòng)：警覺和預(yù)見。警覺意味著要密切關(guān)注邁向關(guān)鍵技術(shù)里程碑的進(jìn)展速度。這些里程碑包括第一個(gè)邏輯量子位的演示、錯(cuò)誤率的降低，以及與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比在商業(yè)上——而不僅僅是技術(shù)上——已得到證實(shí)的量子優(yōu)勢(shì)。企業(yè)可以利用專家小組和預(yù)測(cè)比賽等渠道來跟蹤進(jìn)展。接下來的數(shù)月和數(shù)年里，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)太過保守，量子時(shí)代將比我們想象的更早到來。如果到達(dá)里程碑的路程坎坷，那么傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的主導(dǎo)地位將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。預(yù)見，或者說就量子計(jì)算將如何影響公司提出計(jì)劃和預(yù)案，是與警覺相隨的。從短期來看，你應(yīng)該組建一支了解量子計(jì)算影響的團(tuán)隊(duì)，能夠發(fā)現(xiàn)公司未來的需求、機(jī)會(huì)和潛在的缺陷。當(dāng)管理者開始思考量子計(jì)算及其將如何影響企業(yè)時(shí)，應(yīng)該問自己以下問題：我們目前在哪些方面受到計(jì)算能力局限性的限制，這些領(lǐng)域是否可用量子算法五大類別中的任意一個(gè)進(jìn)行處理？機(jī)器學(xué)習(xí)和其他類型人工智能的主要用途是什么？量子計(jì)算對(duì)這些領(lǐng)域有多大幫助？最后，我們希望在基礎(chǔ)層面上模擬什么樣的生物或化學(xué)過程？解開自然的秘密是這一領(lǐng)域的先驅(qū)們對(duì)量子計(jì)算設(shè)想的首次利用，它仍然是最令人心動(dòng)的。在21世紀(jì)上半葉的某個(gè)時(shí)間，我們將用量子位來解決這一挑戰(zhàn)——以及許許多多其他挑戰(zhàn)。喬納森·魯安（Jonathan Ruane）安德魯·麥卡菲（Andrew McAfee）威廉·奧利弗（William D. Oliver）| 文
管理者應(yīng)如何應(yīng)對(duì)
喬納森·魯安（Jonathan Ruane）安德魯·麥卡菲（Andrew McAfee）威廉·奧利弗（William D. Oliver）| 文
