量子物理专栏|谈谈「量子掏金热」与泡沫

本文为专栏作者《凝视奇点的物理学徒》所著,作者大学时修习「物理和经济」,现为新加坡国立大学「量子物理博士生」。是个希望「生活在位元世界,而非原子世界的奇点主义者」。

 

我透过 Nature 同名文章回顾了这个开始不到五年的量子科技掏金潮:在私人资金流入与新创大量募资的背景下。

Nature 文章分析不同分支的量子科技在不同地区国家的发展,整体乐观的同时隐隐着警示量子冬天可能会和人工智慧冬天一样出现(毕竟掏金众人总是得掏出不少沙)。

而我原则上不会(也不会需)说太多乐观的故事,而会着重在文章提到的泡沫,毕竟现在这领域正被炒作,正在起飞阶段这种文章很多。

量子领域的资金流入

在一开始,先来整理下资金流入的好消息。

自 2012 年开始,私人企业投资了共超过 50 家量子科技背景的新创:有名的如 D-wave、Regetti、IonQ(以下数字不计入政府投资、大企业内部投资、以及中国大量未公开的投资)。

2015 年至 2016 两年间,创投投资滋了 1 亿美元在这个领域。

到了 2017 年至 2018 这两年,更是快速倍增到 4.5 亿美元。当然和AI产业相比这大概是十年前的规模,毕竟创投在 18 年一年就投了快 100 亿美元在AI。

好消息是,这时投入的公司,开始出现大家耳熟能详企业,如 Google、IBM、Honeywell …等皆投入了大量的金钱研发。

物理学徒注:根据口耳相传的消息,在 Google 量子霸权的研究正式刊出后,Google 未来十年将会注资十亿美元 Google Quantum AI  lab,看来和老牌研究量子计算的IBM正式宣战了.

量子领域的专利(Quantum Patents)

量子物理专栏|谈谈「量子掏金热」与泡沫

接下来是以地区和科技类别来分析。

虽然中国在科技专利总量上是美国的两倍,但是大部分的投入都是在量子科技中较为成熟的量子通讯、而且量子通信是否在未来世界扮演重要角色是见仁见智。

我个人是属于认为其有学术价值而无大型商业价值。

毕竟*后量子密码学(如晶格加密)完全可以取代现行的非对称加密而无需使用量子通信;而另外一个原因,就是即使「量子通讯」在理论上是证明安全(和后量子密码学不同),其在实作方面,仍有着各种各样的工程和漏洞需要被克服。

后量子密码学:在常用的RSA加密和椭圆加密法被量子计算于理论上破解后,如何在古典计算机上建立新的加密标准可以抵抗索尔演算法(及其他量子演算法)而持续保持安全的学门.

所以我认为:就算要以专利数目当作投入程度(排除掉各国政府和企业的不公开计画),也必须把专利范围侷限在量子科技的圣杯 —— 「量子计算」上。

在此补充一点,中国目前从合肥到北京的量子通信网路和量子卫星都采用的是要有可信中间人(Trust node)的通讯协定,所以我认为基本上没有商业价值,这很可能会是第一个「量子泡沫」,关于「区域型及政府注资在特定方向」的泡沫。

重新分析后的排名

依据上述方法重新分析专利排名,得出的结果是:「美国」在第一梯队,而「加拿大」、「中国」、「日本」在第二梯队.

若是再加上政府投资因素:

物理学徒注:欧盟的量子科学旗舰计画十年十亿欧元、星国政府投资大概是十年一两亿美元,美国去年也通过了超过十亿美元的量子科技法案。

「欧盟」整体会加入第一梯队在美国之后并领先其他国家;「澳洲」与「星国」会加入第二梯队。

而其中最值得注意的国家是「加拿大」(尤其是滑铁卢)。因为有圆周理论中心(PI)、量子电脑中心(IQC)等研究机构和 Xanadu 这样的高品质新创,加拿大拔地而起成为第二梯队中的领先者,甚至可以在局部做到反向吸引美国的量子科学家。

(而我待的「新加坡」基本上只有政府投资,所以即使在文章中被提过几次上也是第二梯队后半)

最后谈论两个可能泡沫

当然,以下提到的泡沫不是所有可能的危机,甚至可以视为是「物理实验方面」的看法,做「理论」和「计算」的人可能会有很不一样的观点。

硬体的发展速度

第一个泡沫:量子计算在硬体方面的进展速度,应该会比创投预期的慢。

身为领域内的从业人员,我认为 5 – 10 年达到「通用量子电脑」的目标难如登天。相较之下,我更愿意相信十年有*室温超导体

室温超导体:目前的超导体在极端条件下已经可以干冰温度达到具有超导性质.如果超导体可以于室温存在,根据物理学家Michio Kaku的看法,人类文明可以说会从电力时代转向磁力时代,充分探索整个电磁学领域的潜能,而这件事情是可能在21世纪发生的,

在量子电脑方面,目前连一个 *logical qubit 都没有,规模化到成千上万颗不知道还有多久的漫漫长路,超导体大量较低品质的量子位元和离子井较少但品质较高的量子位元仍旧势均力敌、硬体架构之争分出胜负之前我觉得都不用谈量子纠错算法以及之后的通用量子电脑。

Logical Qubit: 常见的量子位元都是不具备纠错能力的physical qubit寿命有限,而利用好几颗physical qubit当作一颗用、产生的等价量子位元称为logical qubit ,搭配合适量子纠错算法后其寿命可以大幅度的提升让执行复杂的演算法成为可能.

5 – 10 年的时间轴绝对会看到「量子计算的商业应用」,但是不会是创投想像的会改变世界的 Shor algorithm、*Grover algorithm、Qauantum Machine Learning。

Grover algorithm:快速搜寻演算法,透过量子电脑可以让原先要搜寻N次的复杂问题简化成只要约N^0.5次

期望越大,失望也越大。故我认为,在十年之内会有个量子冬天是不让人意外的,「期望与泡沫」总是伴随着每种科技发展的历史,量子应该不会有例外.

量子软体的新创产业

第二个泡沫:有非常大量的资金投入了量子软体的新创产业。

在理解第一点之后,我们就知道现在仍处在硬体发展的萌芽阶段,而是否能在没有量子电脑硬体的情况下构筑出银行业、航空业等具体产业问题需要的量子演算法,我非常怀疑。(如果有量子电脑让大家把玩或许会更有灵感)

另外就是,由于现在仍处于 *NISQ(有噪音的中型量子电脑)阶段,软体可能必须要迁就硬体来特化,很有可能是不同的硬体平台有不同对应的优势演算法。

NISQ:Nosiy Intermidate Scale Quantum Computer,这是对现存和短时间内量子电脑的称呼,描述了现形量子电脑规模不大且没有纠错能力,没有办法执行复杂量子演算法的事实.

不过我个人对第二点倒没有感到那么悲观。

因为,若不是要求整个计算过程都是透过量子电脑、那 Hybrid(综合)算法可能可以在很短的时间问世;例如:把量子系统当作「乱数产生器」或是「非线性函数」来喂给古典的机器学习系统,我认为在短期间内量子计算大有可为的方向是在这里。

Hybrid 算法:(这可以拿掉因为我文章后面的例如就在谈这件事情 …

而要做出 HHL(计算反矩阵)或是 QPCA、QSVM 都还是遥远的梦,毕竟目前最大的 QSVM 是「2×2 矩阵」,要晃点人说有「学术价值」可以,至于「商业价值」就有些尴尬。

本文来源于互联网:量子物理专栏|谈谈「量子掏金热」与泡沫

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