什么是量子计算？
在摩尔定律逐渐走向终结之际，量子技术为实现计算突破开辟了一条新途径。 量子技术独有的叠加和纠缠特性为计算、通信和传感等量子应用带来了此前难以想象的性能。 随着量子研究进入量子物理和量子数学这个新阶段，您能够利用工程知识来构建真实的系统。

What is quantum computing in simple terms?
Think about what happens when you are running multiple programs on your phone, tablet, or laptop. The device heats up, the processor slows down, and your battery drains quickly. A direct correlation exists between the data volumes and energy requirements needed to run any computational program.  
Quantum computers can accomplish this because they operate using the principles of quantum theory—an area of physics that seeks to explain how matter behaves at atomic and subatomic levels-- to develop new ways to tackle the most complex computational problems more efficiently. Quantum bits, or qubits, are the most basic unit of quantum information and leverage quantum mechanics which allow the qubits to exist in the binary [0] and [1] states of classical bits or in both states simultaneously , known as superposition. This allows qubits to store an immense amount of data without the corresponding energy requirement. Each additional qubit exponentially increases the quantum computing processing power without increasing power consumption.
简单的说，量子计算利用量子叠加和纠缠特性来解决以前无法解决的问题。
是德科技的量子比特控制解决方案和精密测量仪器使研究人员能够设计和扩展卓越的系统。2022年12月7日，芬兰量子计算公司 IQM 和是德科技（Keysight Technologies）签署了一份合作谅解备忘录(MOU)，以联合开发量子计算解决方案，实现本地高性能计算。一直以来，觉得量子技术这些东西神秘而遥远。但是既然是德科技这样的测试仪表公司都已经积极参与进去了，推出解决方案，就表明这个技术已经在科技公司的技术路线图中，并不那么遥远了。
“量子技术为计算、通信和传感等应用实现新突破开辟了一条新途径。”
物理学家永远是最实际的一批人。他们描绘这个世界的工作原理，提出构想，接下来要实现这些构想的是工程师。是德的主持人说让我们为工程师欢呼。的确，面对量子计算在最近十几年时间里从理论到实践的巨大飞跃，我们有理由为工程师们欢呼。
研究员们都认为商用化的量子计算可能就在十年之内。虽然量子计算不会取代传统计算，但是其更高的性能，更快的计算能力都让其在许多特定的领域不可替代。正是由于量子计算可能对人类社会带来的革命性变革，全球各地已经投入巨资进行相关的研发。最新听到的一个数据就是，2021年，各国为量子计算投入的投资已经高达2440亿美元，这还不算私人投资。量子计算行业一家代表性公司的估值已经达到125亿美元。
IBM的量子大使，量子研发全球负责人Robert Loredo介绍，IBM已经相当程度地加入了量子计算阵营。最为代表的是他们发布了Qiskit量子计算开发框架。会Python的人都可以使用这个。IBM的量子计算硬件开发也列出了一代代的计划。比如到2025年，他们要开发出4158个量子位的量子计算机。鉴于量子计算，每增加一个量子位，计算能力成倍提高，这个计算机的计算能力将是惊人的。
量子计算早已不是只有科学家的事情。不仅是IBM和Keysight是德科技这样的巨无霸参与其中，Rigetti，IonQ, Atom,Zapatta等一批量子计算领域的初创公司也正在赢得更多的关注。有趣的是，Zapatta这家公司还做了一次调研，他们的结果是74%的受访者都对采用量子计算有兴趣。在这些初创公司看来，量子计算正在走向实用。这家从哈佛大学剥离出来的初创公司聚焦量子计算软件，致力于为制药，工程，金融等许多领域提供量子计算解决方案。和他们一样，IBM公司也在致力于为华尔街基于量子计算开发新一代的金融衍生产品。
未来十年的量子计算，关键在于提高量子位Qubit的数量和质量。

量子计算的发展趋势
1. 量子技术蓄势待发，加速简化设计过程
在航空业，为了发明一种能让飞机更省油、更耐高温的新型聚合物，花上 25 年的时间也不罕见。量子技术可以极大地加快该材料及其他材料科学的设计进度。员工不必再把整个职业生涯都搭在一个设计周期上，短短几年之内便可完成这一过程。
2. 应对气候变化，量子技术潜力巨大
一旦量子技术展示出其优势，它将越来越多地被用于帮助应对气候变化。例如，通过复杂的建模和预测来改进决策，并且确保符合排放标准。
3. 降低飓风等天气事件的影响
在下一个十年结束之前，量子技术将使气象学家能够更好地预测飓风、冬季风暴等天气事件的轨迹。社区可以消除猜测、更科学地做出规划，准确决定需要强制撤离，还是就地提供避难场所。因此，由飓风或其他自然灾害造成的生命损失将会显著减少。
4. 量子导航将照亮偏远地区
量子技术可以用最小的卫星覆盖促进偏远地区的导航，但目前在成本方面还存在障碍。随着量子技术越来越普遍、越来越经济，这一点将开始有所改变。我相信，在未来十年内救援车辆就会配备量子传感器，家用汽车也会跟进。
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5. 欧洲：量子技术追赶美国
目前，美国在量子计算行业处于领先地位，但到这个十年结束时，欧洲将达到同等水平。不断出台的隐私法规是驱动该技术在欧洲发展的一个主要因素，在该地区拥有量子计算能力可使遵守这些法规变得相对容易一些。此外，欧洲的量子公司见证了规模庞大的风险投资，整个欧洲大陆的众多大学源源不断地培养了大量人才，这为发现新的量子机遇和普及更多用例提供了保障。因此，为了保持其竞争优势，美国的量子产业将感受到越来越大的压力。
6. 夯实基础，迎接量子技术新时代
在围绕量子计算和量子系统进行了数十年的宣传之后，该行业开始意识到量子技术的巨大潜力——它在网络安全、材料创造、金融分析和军事接收机等领域将会带来无数的创造新机会。
一些有远见的公司将开始投资量子技术，并通过与大学合作、开展黑客马拉松和其他项目，在下一代员工中培养量子人才。这将推动DEI（多样性、公平性和包容性）计划，从而培养出亟需的技术人员，增强科技行业的员工多样性。
最近的研究显示，74%的公司认为，如果不采用量子技术，他们就会落后。因此，许多企业正在转变观念，意识到量子科技是一种不容错过的技术。他们开始积极将其用于应对财务资源和运营等方面的关键挑战，并希望在2026年之前（甚至更早）开发出真正采用量子技术的企业级应用。
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量子计算行业先驱 Joseph Emerson 谈如何实现量子优势？
Joseph Emerson是量子计算初创公司Quantum Benchmark的创始人。该公司于 2021 年被Keysight Technologies收购。Joseph Emerson 现在在 Keysight Technologies担任量子战略负责人。作为滑铁卢大学量子计算研究所的教授，他开创了几种行业标准工具，以克服错误挑战，推进量子计算。该研究为 True-Q 量子计算软件平台提供了信息，该平台已被行业领导者广泛部署，以实现最先进的量子计算功能。
1.量子计算仍在发展中，为什么现在各个行业现在都表现出对量子计算很高的参与度？
Joseph Emerson：“正如大多数人所知道的那样，量子计算是一种颠覆性技术，用于解决跨越大量行业的高价值计算问题。量子计算提供了一条解决棘手问题的途径，即使使用高性能计算也是如此。行业领导者现在正在参与，因为他们需要“为量子做好准备”，准备好在该技术实现其颠覆性潜力时立即利用该技术。领导者通过与像我们这样的专家合作了解量子计算的机会和时间表，以在他们的行业中提供竞争优势或“量子优势”，教育和培训他们的内部团队，并获取关键的知识产权以保护其未来业务，从而做好量子准备他们未来的事业。
2.如果关于如何利用量子计算的力量，你只有一个关键信息能对读者说，你会说什么?
Joseph Emerson：“好问题——我认为商业领袖需要理解的关键信息是，用量子计算机解决问题需要最终用户了解如何减轻计算过程中不可避免的错误。这是因为错误是量子计算本身固有的，无论是现在还是未来。云提供商不会为最终用户解决这个问题，因为解决方案必须针对用例的具体细节进行定制，以便在短期内实现量子优势并在长期内最大化竞争优势。这意味着对量子计算机进行编程需要非常专业的策略，这些策略与传统编程完全不同。量子程序本身必须设计为导航和减轻取决于量子程序布局的错误。这种缓解是可以做到的——但它需要深厚的特定领域专业知识。如果您无法获得这种专业知识，就没有从量子计算中获得价值的途径。
3.为什么误差和噪声对我们关于量子计算的讨论如此重要，但在传统计算的背景下却不是这样？
Joseph Emerson：“让我打个比方，说明为什么会这样。想象一下，你正在组建一个团队开始建造火箭飞船。想象一下，任何人都不会接受如何为火箭设计良好的导航和制导系统的培训。这里我的意思是学习如何通过闭环控制等来监控轨迹，并应用自适应反馈。该团队将能够建造并发射火箭，但该火箭永远无法到达目标目的地，甚至可能坠入海洋。在这种情况下很明显——解决方案中缺少一些东西。这正是我在量子计算这个领域中看到的正在发生的事情。因此，许多用户，甚至是所谓的“量子算法”专家，都会编写一个可以在理想量子计算机上运行的量子程序——假设没有错误。但是没有错误的理想量子计算机不存在，也永远不会存在——让我重复一遍——我们知道一个事实，量子计算机总是会出错，就像火箭总是会开始偏离轨道一样。具有完美推力、可以提供精确预定轨迹的火箭飞船永远不会存在。
在火箭飞行过程中总是需要进行航向监控和实时修正，而每个量子程序的设计和运行时间总是需要进行错误监测和修正。就是这么简单。这就是我们所要做的。
4.但量子计算机不是火箭飞船，你能帮助我们理解为什么错误是量子计算固有的，而不是一个可以解决的问题，用户不需要担心它们吗？
Joseph Emerson：“量子计算与传统计算从根本上是不同的，因为它需要对量子比特进行高精度模拟控制。虽然传统计算机解决问题的能力在很大程度上取决于处理器的速度和可用内存，但量子计算平台的能力受到应用于这些量子位的操作精度的限制。在这种情况下，精度决定了量子平台为感兴趣的应用程序生成正确或有效解决方案的能力。这些操作的非常非常小但有限的精度和可靠性限制了所有量子计算平台的性能，特别是在量子计算过程中累积的误差。所以这是一个恶性循环，因为即使控制误差越来越小，我们将要解决更大的问题，具有更大的科学或商业价值，这会导致更长的程序积累越来越多的错误。了解这些内在错误，并应用最先进的方法来监控和克服它们，是利用量子计算能力的根本挑战，它是实现和最大化量子优势的关键。”
5.那么你能告诉我们你为这个问题开发的解决方案是什么样的，你将如何帮助用户克服错误？
Joseph Emerson：“从某种意义上说，量子计算是一把双刃剑。量子计算的力量来自这样一个事实，即随着系统中量子比特数量的增加，可以利用指数复杂性。然而，这也意味着错误的指数复杂性会导致计算偏离轨道。回到我的火箭类比，你必须在三维空间中导航，加上火箭的方向、旋转等。您只需要跟踪和纠正少数几个导航参数。但对于量子计算来说，这个问题非常复杂。对于一个20量子位的程序，有2个到80次方的错误参数。对于60量子位的程序，有2个到240次方的错误参数来跟踪和纠正。这有点像银河系中原子的数量。因此，这个问题有一个令人难以置信的复杂性，你不能通过超过3或4个量子位的蛮力来管理它。需要聪明、高效的算法。因此，二十年来，我一直致力于寻找这个问题的解决方案，这可以追溯到我早期在麻省理工学院的量子计算工作，当时我们在2002年运行了第一个3量子位量子算法，并认识到这个错误问题有多难。无论如何，我们终于破解了这个难题——我自己和我在量子计算研究所的研究团队——实际上，这是五年来的一系列突破性成果。当 IBM Q 的努力将第一台量子计算机放在云上时，也就是我与我最好的学生和博士后一起组建了我的初创公司，以使我们的学术工具可供世界其他地方使用。我们构建了一个软件平台，让那些正在学习如何利用量子计算的力量的用户可以访问，并确保他们的计算不会坠入海洋。”



来源：是德科技