有用的量子计算是否“近在眼前”的更多讨论

最近的实验突破，特别是多个平台已实现超过 99.9% 的双量子比特门保真度，达到了容错计算的理论门槛，这使得可扩展的量子计算在未来几年内变得更加现实。其主要应用仍然是量子物理模拟和破解现有密码体系，这凸显了向后量子密码迁移的紧迫性。然而，需要警惕那些夸大其词的公司，它们兜售关于量子计算能立即革新金融和优化的不实叙事，这与取得扎实技术进展的机构形成了鲜明对比。

对量子计算的信心为何增强？

过去，人们对可扩展量子计算是否“近在眼前”持保留态度。但现在，这种看法正在改变，原因并非是基本理论有变，而是实验取得了实实在在的进展。

• 关键里程碑： 多个技术平台，包括囚禁离子和超导量子比特，都已展示了超过 99.9% 的双量子比特门保真度。
• 跨越门槛： 这一保真度水平达到了或超过了实现容错量子计算的理论要求。
• 路线图的可信度： 由于这些进展，像 Google、Quantinuum 和 QuEra 等公司提出的在 2028 或 2029 年实现目标的 aggressive 路线图，现在看来更加可信。

简而言之，随着实验结果不断验证理论，对量子计算最终无法实现的担忧正在逐渐消失。

两种截然不同的量子公司

目前，量子计算领域存在两种几乎完全不相交的公司群体。

在量子计算领域，一类是可能成功也可能失败，但至少在努力解决真正技术问题的公司，其中一些正在取得惊人的进展。而另一类公司则专注于进行 IPO、获得天文数字的估值，并向散户投资者和政府兜售一个关于量子计算将如何彻底改变优化、机器学习和金融的叙事。

一个被特别点名的例子是 IonQ，它向政府做出了一些极具误导性的陈述，例如声称“与人工智能不同，量子计算机不会产生幻觉，因为它们是确定性的！”

领先的技术路径

在过去一年中，表现最突出的技术方法主要有三种：

• 囚禁离子： 以 Quantinuum 和 Oxford Ionics 为代表。
• 超导量子比特： 以 Google 和 IBM 为代表。
• 中性原子： 以 QuEra、Infleqtion 和 Atom Computing 为代表。

这些机构在解决实际的技术挑战方面取得了显著的进展。

量子计算的实际应用（以及被夸大的部分）

尽管围绕量子计算的炒作非常多，但其核心应用领域在过去二十五年里并没有发生根本性变化。

• 核心应用 1：量子模拟

  这是最主要和最确定的应用，即用量子计算机来模拟量子物理和化学本身。

• 核心应用 2：破解密码

  利用秀尔算法（Shor's algorithm），量子计算机有能力破解目前广泛使用的许多加密系统。

• 潜在应用：优化与机器学习

  量子计算最终可能会在这些领域带来一些有限的优势，但这可能需要很长时间才能在实践中超越经典计算机。

重要的是要认识到，那些关于量子计算将立即改变所有行业的说法，大多是“需要拨开的重重迷雾和炒作”。

一个严肃的安全警告

随着量子计算能力的增强，一个紧迫的风险随之而来。这与 1940 年物理学家意识到核裂变可用于制造炸弹后的情况类似：当一项技术具有巨大的颠覆性潜力时，公开讨论其细节会变得非常危险。

在某个时刻，那些详细估算需要多少物理量子比特和门电路来用秀尔算法破解实际部署的密码系统的人们，将会停止公开发布这些估算，哪怕只是为了避免给对手提供太多信息。事实上，我们无法知道这个时间点是否已经过去。

这是对尽快迁移到后量子密码体系（post-quantum cryptosystems） 的最清晰警告。这个过程已经开始，但其紧迫性不容低估。