量子计算正在迅速接近商业可行性。届时，它将对我们的生活产生巨大影响，以当今无法想象的方式加速新兴技术的进步，例如电动汽车电池、生物技术和人工智能。

就在上个月， IBM（IBM）宣布建造了一台名为 Osprey 的新型量子计算机，拥有 433 个量子比特，与去年相比数据处理元件的数量增加了三倍。该公司还宣布对 Osprey 的前身 Eagle 进行了改进，从而延长了计算的使用寿命。

如果最后几句话听起来像外语，那么您并不孤单。在本周的 World Reimagined 中， 我们将探讨量子计算、它是什么、它是如何发展的，以及如何投资这项改变游戏规则的技术。

什么是量子计算？

量子计算机基于量子力学，这是一个非常复杂的概念，即使是最聪明的人，如 阿尔伯特·爱因斯坦、 沃纳·海森堡 和 埃尔温·薛定谔 （他们的 猫 不太喜欢他的研究）也让他们头疼。要理解量子力学，我们需要首先了解经典力学，它基本上是我们所经历的世界的物理定律。

经典力学描述了一些事情，比如当你把脚放在加速踏板上时会发生什么，或者当你的咖啡杯从你的桌子上滚下来时为什么会落在地上。更重要的是，在经典力学中，一个物体一次只能在一个地方；你的咖啡杯要么在桌子上，要么在地板上。它不能同时出现在两个地方。

在量子世界中，一切都比原子还小（亚原子），事情变得非常奇怪。理论上，亚原子粒子在被观察到之前能够同时出现在两个地方，从而使粒子的实际位置成为其所有可能位置的概率组合——回到可怜的薛定谔的 猫。这种同时出现在多个地方的神奇能力被称为量子叠加， 我认为这可能是圣诞老人的大夜晚成为可能的原因。

量子力学的第二个关键概念是 纠缠。简而言之，如果我对一个亚原子粒子的概率定位有所了解，那么我就会知道与第一个亚原子粒子纠缠在一起的另一个亚原子粒子的概率定位。可以把它想象成两个舞者在听同一首音乐，这代表了他们的纠缠。音乐播放时，他们在不同的房间里按照精心编排的动作跳舞。在无法听到音乐的情况下，如果我知道一个人在做哪一步，我就知道另一个人在做哪一步。

那么这在计算中有什么用呢？

传统计算机基于位，将数据存储为“0”或“1”。量子计算机改为使用称为量子位的量子位，它由称为离子的带电粒子组成。这些量子位可以同时呈现多种状态，而不是仅限于“0”或“1”。

当位可以同时存在于多个状态而不仅仅是“0”或“1”时，它们可以同时执行多个计算，而传统计算机一次只能执行一个计算。将此视为类似于能够执行多项任务而不是一次只做一件事。使用叠加和纠缠，量子计算机可以以经典计算机无法实现的方式进行计算。回想一下 IBM 最近发布的 433 量子位 Osprey，想想一 台 275 量子位的量子计算机 可以考虑比宇宙中的原子更多的状态。

量子计算的历史

1980年，物理学家 保罗·贝尼奥夫 提出了 图灵机的量子力学模型，开创了量子计算领域；1986年，诺贝尔奖获得者 理查德·费曼 开发了量子计算模型，称为 量子电路；我想我们都可以欣慰地知道这位因在量子电动力学方面的工作而获得诺贝尔奖的人也说过：“没有人理解量子力学。”

1998 年 ， Isaac Chuang、 Neil Gershenfeld 和 Mark Kubinec 建造了 第一台 能够执行计算的量子计算机。从那以后的几十年里，量子计算领域取得了重大进展，量子计算机现在能够执行更广泛的任务，并有望颠覆许多颠覆性技术领域。

2019 年 10 月，谷歌的 Sycamore 量子计算机执行计算的速度比 IBM 的 Summit快 300 万倍以上，被认为是世界上最快的计算机。IBM 反击并声称缩小了差距，偶尔能够击败 Sycamore，但进展仍在继续。2020 年 12 月，中国科学技术大学的一个小组声称已经建造了一台量子计算机，该计算机对 76 个光子实施了一种玻色子采样。该报告的作者声称，这台计算机能够在 20 秒内完成一台超级计算机需要 6 亿年才能完成的工作。

今天的量子计算

进展依然强劲。10月，瑞典皇家科学院将诺贝尔物理学奖授予三位科学家Alain Aspect、John Clauser和Anton Zeilinger，以表彰他们在量子信息科学方面的研究。最近，来自加州理工学院、谷歌、费米实验室、麻省理工学院和哈佛大学的研究人员联合体使用谷歌的 Sycamore 量子处理器来生成和控制相当于 爱因斯坦-罗森桥的东西，或者更普遍地称为 虫洞，让各地的星际迷航迷都感到高兴.

目前有几家公司致力于开发量子计算机或量子计算的各个方面，包括 亚马逊（AMZN）、 AMD（AMD）、 百度（BIDU）、IBM、谷歌、霍尼韦尔（HON）、 英特尔（INTC）、微软（MSFT )、Quantum Computing ( QUBT )和Toshiba ( TOSBF )， 以及 D-Wave Systems、 Atom Computing、 QC Ware 和 PASQAL等私营公司。2021年，IonQ ( IONQ ) 是历史上第一家上市的量子技术初创公司，成为第一家上市的纯量子计算公司。2022 年 3 月，Rigetti Computing ( RGTI ) 在与特殊目的收购公司 (SPAC) Supernova 合并后在纳斯达克上市。

这些公司正在使用各种方法来构建量子计算机，包括超导量子位、俘获离子量子位和光子量子位。虽然量子计算机仍处于发展的早期阶段，但许多人认为它们有潜力通过提供更快、更强大的方法来解决复杂问题，从而彻底改变医学、金融和材料科学等领域。

例如，随着世界进一步转向可再生能源，对 电池形式的能量存储的需求也在 增加。为了改进电池，我们需要能够对其进行测试，而电池模拟可以比实际测试快得多，从而加速创新。他们的计算能力将使机器学习成为可能，使我们在科幻电影中看到的那种人工智能 (AI) 成为现实。

量子计算带来的一个问题涉及网络安全，如今网络安全主要建立在基于数学的密码学之上。今天的系统之所以有效，是因为提供保护的数学问题非常复杂，以至于传统计算机无法在有用的时间内解决它们。“量子威胁”是量子计算机将使这些安全系统过时。一些人认为，这可能会在 2025 年到 2030 年之间的某个时间成为现实。Arqit Quantum ( ARQQ ) 希望通过提供量子加密平台即服务来解决这个问题。

走向主流

量子不再处于边缘。根据 Zapata的第一份企业量子计算采用年度报告 ，量子已经成为分析议程的核心，而现在量子反对者只占少数。Zapata 调查了大型全球企业的 300 位领导者，这些企业预计 2021 年的收入将超过 2.5 亿美元，预计计算预算将超过 100 万美元。

2021 年，IDC 估计量子计算服务市场将从 2020 年的 4.12 亿美元增长到 2027 年的 86 亿美元，复合年增长率超过 50%。波士顿咨询集团预测，到 2040 年左右，量子计算创造的潜在价值将在 4500 亿美元至 8500 亿美元之间。

如何投资量子计算

随着投资者在过去一年逃离高风险资产，小型量子股受到了一些打击，从估值的角度来看，这些股票如今更具吸引力。大多数大公司的股价也出现下跌，但跌幅不及小公司。除了上述公司外，投资者还可以考虑 2018 年 9 月推出的Defiance Quantum ETF ( QTUM ) ，该基金旨在追踪 BlueStar 量子计算和机器学习指数的总回报表现。该指数追踪全球量子计算和机器学习行业中规模最大、流动性最强的公司的表现。

底线

量子计算带来的处理能力的巨大飞跃将使当今科幻小说中的世界成为可能。它将带来以难以置信的速度处理大量数据的能力，彻底改变机器学习的游戏规则，并将实现当今难以想象的模拟。它将使人工智能的全新水平成为可能，从而加速基因组学、疾病管理和可再生能源技术的进步——仅举几例——帮助我们在能源成本迅速下降的世界中活得更长、更健康。零，这是一个重新构想的世界。