来源：华尔街日报
微软(Microsoft)和谷歌(Google)最近各自发布了引人注目的公告，为数十年来超强量子计算方面的研究注入了新的兴奋情绪。
微软的研究人员周三（2月29日）公布了一种量子计算方法，该公司称该方法涉及创造一种新的物质状态。此前，谷歌在去年12月称在量子芯片设计方面取得突破。
这两项进展都引发了量子相关股票飙升，投资者押注这些进展可以加速开发一类新的计算机，有望用于药物发现等用途。
尽管如此，量子计算仍处于相对初级阶段。少数初创企业和大型科技公司正在研究量子计算，但行业专家表示，实用且强大的量子计算机要广泛普及可能还需要数年时间。
什么是量子计算？
普通计算机实际上使用开关来进行计算。这些开关的不同排列（称为“比特”）代表不同的值。它们告诉你的电脑或手机在屏幕上显示什么，或者一个数学问题的正确结果是什么。
过去半个世纪里，计算机工作的比特数以及它们的计算能力都大幅增长。但量子计算机一旦出现，有望将某些类型计算的能力提高到基于二进制的设备完全无法企及的水平。
比特和量子比特有何不同
传统计算机使用电子电路将信息存储在比特中，比特表示为0或1，依据电流是否流动来编码。而量子计算机则使用量子比特。通过激光或微波脉冲将电子等粒子置于“叠加态”。在叠加态中，量子比特处于0和1两种状态。由于量子比特有三个量子维度，物理学家通常使用球面上的点来表示它们。
量子计算机使用一种不同的比特，即“量子比特”，它可以是开、关，或介于两者之间的某个状态，即两者的组合。这使得一个量子比特可以包含比一个普通比特更多的信息，而拥有许多量子比特的计算机可以指数级地增加信息量，这开辟了一系列新的计算可能性。
微软首席执行官萨蒂亚·纳德拉(Satya Nadella)周三在社交媒体上发帖称：“想象一下，一块可以放在手掌上的芯片能解决当今地球上所有计算机加起来都无法解决的问题！”。
为何意义重大？
如果量子计算行业的梦想得以实现，量子计算机将能够快速完成传统计算机需要花费亿万年才能完成的计算。谷歌去年12月发布自己的量子芯片时表示，该芯片在5分钟内完成了一项计算，而如果使用当今最好的超级计算机之一，这项计算需要10万亿年才能完成（这是一个10后面跟着24个0）。
一台超强量子计算机能够以前所未有的精度和速度对物理世界进行复杂的模拟。该行业的投资者表示，这可能会带来性能更好的电池、更高效的化工生产和新药等成果。理论上，一台强大的量子计算机还可以突破当今许多数据加密技术。
为什么量子计算机解决问题的速度更快
量子计算机在优化问题上比传统计算机更快，比如寻找供应链的更高效选项。
每个代表了一个选项传统计算机逐个尝试每个组合
量子计算机一次尝试所有组合
制图来源：谷歌Quantum AI Peter Champelli/THE WALL STREET JOURNAL
量子计算机会破解我的密码吗？
也许吧。该领域已取得了足够的进展，一些公司已经在为量子计算有朝一日能够破解传统加密方法做准备。就连苹果公司(Apple)也为后量子时代准备了iMessage。这在一定程度上是基于这样一种预期，即可以存储加密数据，以便在未来使用量子计算来破解它。
政府已着手用后量子算法取代当前的加密形式，这对国家安全至关重要。尽管做了准备，但这并不是很快就会发生的事情。例如，研究人员表示，一台强大到足以破解比特币的量子设备可能还需要10年甚至更长时间。
有哪些挑战？
几十年来，多家公司一直在逐步攻克量子计算的挑战。目前的兴奋点在于真正的新进展与一种人们期待突然出现类似ChatGPT时刻的环境的结合，这种时刻可能会像过去两年人工智能(AI)所做的那样，引发量子计算的繁荣。
但这也证明了量子技术中仍然存在理论元素，以至于专家们不确定这些突破是否意味着商业可行的量子计算机将在几年内出现，还是仍需10年或更长时间。
实现量子计算的困难是多方面的。首先，在许多量子计算机中，量子比特需要在接近绝对零度的温度下运行，即低于负400华氏度。
扩大量子计算机的规模也会变得非常复杂。
所有计算机芯片都会出现需要检查和修复的错误，但修复大量量子比特的错误一直是一项尤其棘手的挑战。包括谷歌在内的一些最新进展声称解决了这个问题，但这或许仍然是该行业最艰巨的问题。微软表示，其量子芯片的错误概率很低，并已“确定了进一步降低错误的明确途径”。
什么是拓扑导体？
微软表示，为了制造量子芯片，其研究人员创造了世界上第一个“拓扑导体”。微软表示，这种拓扑导体利用了一种被称为“拓扑超导”的物质状态，这种状态以前只存在于理论中。
技术细节很复杂，涉及到冷却到接近绝对零度并用磁场进行调节的超细导线。但微软表示，其名为Majorana 1的量子芯片旨在在单个芯片上扩展到100万个量子比特。这是一个巨大的数字：当今最先进的量子计算机只有数千个量子比特。
哪些公司正在探索量子计算？
探索量子计算的科技公司包括谷歌、微软和IBM，后者在大约10年前帮助开创了这个行业。这些公司的投资和研究工作跨越数十年，也经历了数任首席执行官——对于一项没有可预见回报的技术来说，此举相对罕见。有许多规模较小的公司正在开发此类计算机或相关技术，比如软件和相关算法。
现在有几家上市的量子计算相关公司：IonQ(IONQ)、Quantum Computing(QUBT)、D-Wave Quantum(QBTS)和Rigetti Computing(RGTI)。在微软宣布突破性进展后，其中许多公司的股价都出现了上涨。D-Wave周四午盘上涨逾7%，Rigetti上涨近4%。
然而，这些公司的股价可能会出现波动。上个月，英伟达(Nvidia)首席执行官黄仁勋(Jensen Huang)淡化了该技术在短期内的实用性，导致相关公司的股价大幅下跌。
“如果你说15年内会出现非常有用的量子计算机，那可能是比较乐观的估计。如果你说30年，那可能就是比较保守的估计了”，黄仁勋说。
