量子計算機(jī)的商業(yè)化開發(fā)競賽正在熱火朝天地進(jìn)行，眾多研發(fā)者紛紛承諾，量子計算機(jī)所具備的突破性能力，如模擬材料、優(yōu)化流程以及改良機(jī)器學(xué)習(xí)方法，將能像當(dāng)今的經(jīng)典計算機(jī)一樣，引領(lǐng)社會變革。
但是，如何確保這些技術(shù)帶來實實在在的經(jīng)濟(jì)利益，則是一道尚未解開的難題。
近日，由劍橋大學(xué)和萬隆理工學(xué)院的研究人員在《Nature》雜志發(fā)表的評論中表示，量子計算是新革命的曙光，也可能帶來生產(chǎn)力悖論的挑戰(zhàn)。同時解釋了量子計算的主流采用將如何在十年或更長時間內(nèi)大幅削減經(jīng)濟(jì)增長。
研究人員表示：“數(shù)字革命歷時數(shù)十年，要求企業(yè)更換昂貴的設(shè)備并徹底重新思考其運營方式。量子計算革命可能會更加痛苦。”
01. 量子計算機(jī)的獨特性
量子計算機(jī)的運行方式與我們熟悉的經(jīng)典計算機(jī)截然不同，其能以更高效的方式儲存和處理信息。經(jīng)典計算機(jī)在本質(zhì)上是通過處理二進(jìn)制的“比特”（0 和 1）來進(jìn)行計算。而量子計算機(jī)則通過量子比特（Quantum Bit，這是一種使用原子、電子和光子的量子態(tài)來編碼信息的方式，提供了一種全新的處理信息的方法。）量子比特可以同時表示眾多狀態(tài)，并可以通過“糾纏”來進(jìn)行組合，從而大大加快計算速度。
從長遠(yuǎn)來看，對量子計算進(jìn)行投資的企業(yè)在未來的商業(yè)競爭中可能具有更強(qiáng)的優(yōu)勢。
然而，在短期內(nèi)，這些新型的計算機(jī)能否在商業(yè)環(huán)境中發(fā)揮出足夠的價值，仍然存在很大的不確定性。
02. 生產(chǎn)力悖論的警示
當(dāng)回顧經(jīng)典計算機(jī)在20世紀(jì)70年代和80年代的普及過程，我們發(fā)現(xiàn)其并未像預(yù)期的那樣帶來生產(chǎn)效率的顯著提升。
相反，這一時期的生產(chǎn)率（相對于投入如勞動力等的附加值）每年下降了0.76個百分點，這種現(xiàn)象被稱為生產(chǎn)力悖論。
生產(chǎn)力悖論是一個商業(yè)和金融術(shù)語，它解釋了為什么引入更好的新技術(shù)通常不會立即提高生產(chǎn)力。
這是因為，企業(yè)需要投資新設(shè)備，并對設(shè)備進(jìn)行編程，以及理解設(shè)備的運用方式。
一開始，公司沒有對改變核心流程和業(yè)務(wù)模式所需的其他創(chuàng)新進(jìn)行足夠的投資。只有到了20世紀(jì)90年代，多個行業(yè)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)調(diào)整之后，生產(chǎn)率增長才得以重新提升。
例如，沃爾瑪?shù)却笮土闶酃驹?0世紀(jì)80年代就投入了大量的資源，通過處理數(shù)據(jù)以協(xié)調(diào)規(guī)劃，預(yù)測并補(bǔ)充供應(yīng)鏈上的庫存。沃爾瑪向供應(yīng)商提供了訪問其銷售和庫存數(shù)據(jù)的權(quán)限，有效地降低了因生產(chǎn)不足或生產(chǎn)過剩而產(chǎn)生的成本。這家公司通過自行處理分銷并提高規(guī)模經(jīng)濟(jì)效率，最終實現(xiàn)了效率提升。
然而，這樣的變革需要時間，也需要公司之間的協(xié)同配合。
圖｜生產(chǎn)力悖論（來源：世界大型企業(yè)聯(lián)合會總體經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫，2022 年）
03. 量子計算機(jī)的挑戰(zhàn)
根據(jù)研究顯示，量子計算可能會帶來更加嚴(yán)峻和昂貴的學(xué)習(xí)曲線，原因主要有三個：
一、集成成本高，短期回報少；
二、為業(yè)務(wù)經(jīng)理和工程師解釋量子概念存在困難；
三、量子計算機(jī)對密碼學(xué)構(gòu)成的威脅。
假設(shè)生產(chǎn)率增長率比經(jīng)典計算機(jī)慢50%，我們預(yù)測商用量子計算機(jī)的引入可能會導(dǎo)致人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)在未來15年中減少約13,000美元（以2022年為基準(zhǔn)），在美國，這一損失每年就可能高達(dá)3100億美元。
然而，值得慶幸的是，研究人員已經(jīng)找到了一些可能的解決方案，旨在減輕這些負(fù)擔(dān)，并加速量子計算的社會效益。
04. 風(fēng)險與機(jī)遇：量子計算機(jī)在社會挑戰(zhàn)中的應(yīng)用
量子計算機(jī)以其潛在的大規(guī)模并行性和處理能力的優(yōu)勢，吸引了企業(yè)的眼球。然而，初始階段使用量子計算機(jī)解決現(xiàn)有問題的企業(yè)可能只會取得漸進(jìn)式的改進(jìn)。由于更加雄心勃勃的應(yīng)用可能伴隨著額外的成本和可能的失敗，企業(yè)可能會在初期避免冒險。
以收集大量數(shù)據(jù)以指導(dǎo)救災(zāi)和恢復(fù)的公司為例，他們可能會尋求量子計算機(jī)的幫助，以便更快地處理信息并救人于危難之中。
但早期的量子計算機(jī)可能會比現(xiàn)有的經(jīng)典計算機(jī)更容易出現(xiàn)故障和錯誤，這對于生命攸關(guān)的操作可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。
因此，這些公司可能會推遲使用量子計算機(jī)，直到他們變得更可靠。
量子計算機(jī)需要與現(xiàn)有的經(jīng)典計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成，這也帶來了額外的挑戰(zhàn)。這需要我們在現(xiàn)有的經(jīng)典計算基礎(chǔ)上，開發(fā)可以同時在數(shù)字和量子環(huán)境下工作的混合協(xié)議和程序。這無疑比20世紀(jì)70年代的經(jīng)典計算機(jī)編程要困難得多。
混合系統(tǒng)需要精通經(jīng)典比特和量子比特，并且能夠?qū)⒔?jīng)典數(shù)據(jù)編碼為量子態(tài)，反之亦然。他們將需要轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換數(shù)字和模擬信號，以在兩種類型的處理單元之間傳輸信息。
量子計算機(jī)通常很大，可能需要低溫冷卻，因此許多公司不太可能擁有自己的機(jī)器。許多人將通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程購買云服務(wù)，例如采購額外的計算能力來模擬材料。某些用戶（例如金融市場的交易員）毫秒級的計時至關(guān)重要，可能需要同時擁有這兩種類型的計算機(jī)。
圖｜IBM Quantum System One（來源：IBM）
05. 打破壁壘：推動量子計算機(jī)的商業(yè)應(yīng)用
為了打破這個困境，我們需要在實踐中證明商業(yè)上的優(yōu)勢。這需要政府的資金支持以吸引私人投資。
研究人員表示，這應(yīng)被看作是一項使命，即幫助公司將量子計算應(yīng)用于工業(yè)和社會的重大挑戰(zhàn)。
例如，對于天氣預(yù)報，量子系統(tǒng)可以通過分析大量數(shù)據(jù)，以跟上快速變化的條件。對于金融體系的彈性，它可以通過改善市場模型來提高。對于應(yīng)對氣候變化的挑戰(zhàn)，它可以通過開發(fā)低碳技術(shù)，如碳捕獲催化劑或電池電解質(zhì)來提高。
為了鼓勵企業(yè)投資，經(jīng)濟(jì)學(xué)家需要設(shè)計一個框架來評估量子計算的經(jīng)濟(jì)效益。
研究人員應(yīng)該建立概念驗證案例，首先確定量子計算機(jī)在應(yīng)對社會重大挑戰(zhàn)時可能優(yōu)于數(shù)字計算機(jī)的領(lǐng)域。除此之外，還應(yīng)該闡明企業(yè)需要采取哪些措施來采用量子技術(shù)，包括他們可能需要如何改變其商業(yè)模式和實踐，以及與價值鏈上的其他人合作。
06. 共享語言：推動量子計算理解
在理解和應(yīng)用量子技術(shù)方面，科學(xué)家、工程師和企業(yè)經(jīng)理之間的認(rèn)知差距是一個重要的問題。
量子技術(shù)的運作方式可能會顛覆我們的直覺，這超出了許多工程師和業(yè)務(wù)經(jīng)理的理解范圍。比如，它們以概率的方式工作，似乎違反了因果關(guān)系的傳統(tǒng)概念。在某些理論流派中，人類的行為可能會影響結(jié)果，這意味著使用量子計算機(jī)的人可能需要被視為系統(tǒng)的一部分。
目前，科學(xué)家、工程師和業(yè)務(wù)經(jīng)理在量子計算的領(lǐng)域并沒有共同的語言，這會導(dǎo)致誤解和混亂，從而造成進(jìn)一步的成本。
管理者和工程師需要有足夠的知識，才能為量子計算機(jī)選擇合適的問題類型，知道解決這些問題需要什么類型的信息，以及如何以量子就緒的格式準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。
比如，一家配送物流公司可能希望能更快地重新規(guī)劃車輛路線，以便更好地滿足客戶取回退貨的需求。量子計算在此類重組問題上可能非常有效，因為這涉及到復(fù)雜的組合問題，任何一個變化都可能在業(yè)務(wù)的其他領(lǐng)域，如庫存管理和融資，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。但是，管理者需要能夠找到這樣的優(yōu)勢領(lǐng)域，并知道如何實施量子計算解決方案。
圖｜Q.ANT 的實驗室使用激光測試量子芯片（來源：Thomas Kienzle/AFP via Getty）
07. 從經(jīng)典到量子：跨越計算鴻溝
為了解決這個關(guān)鍵性問題，需要開發(fā)量子計算機(jī)的通用語義和句法語言，類似于經(jīng)典計算機(jī)編程的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一建模語言，這是一種可視化語言，可以幫助軟件開發(fā)人員和工程師構(gòu)建模型來追蹤業(yè)務(wù)流程中涉及的步驟和操作。這樣的工具使得業(yè)務(wù)經(jīng)理的流程變得直觀，從而降低了軟件開發(fā)的成本。
同樣，量子計算機(jī)也需要算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但由于量子信息比經(jīng)典信息更豐富，其存儲、傳輸和接收就更具挑戰(zhàn)性。
量子統(tǒng)一建模語言，既包含了經(jīng)典模型的元素，又可以處理量子信息，這將使科學(xué)家、工程師和管理人員在討論原型、測試臺、路線圖、模擬模型和混合信息技術(shù)時保持一致的框架。設(shè)計工具包由可重復(fù)使用的模板和指南組成，包含了硬件和軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)模塊，這將使用戶自行創(chuàng)新，從而縮短開發(fā)時間。
08. 超越困難：構(gòu)建安全加密的量子互聯(lián)網(wǎng)
量子計算有可能破壞廣泛使用的信息加密協(xié)議，解決這個風(fēng)險會帶來進(jìn)一步的成本。為了保護(hù)數(shù)據(jù)和通信的安全，公司需要投資新的加密數(shù)學(xué)方法，或使用基于量子的通信系統(tǒng)，例如量子密鑰分發(fā)。量子密鑰分發(fā)使用通過光纖電纜或自由空間（通過空氣、真空或外層空間）發(fā)送的量子比特，利用量子力學(xué)的概率原理在發(fā)送者和接收者之間隨機(jī)生成密鑰。由于量子比特的脆弱性，如果黑客試圖在傳輸過程中觀察它們，量子態(tài)就會受到影響，發(fā)送者和接收者就會知道它被篡改了。
整合量子計算機(jī)和量子通信技術(shù)于一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中，也就是構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)，可以克服這種安全威脅，并刺激許多行業(yè)的增長，就像互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)造一樣。量子互聯(lián)網(wǎng)是一種網(wǎng)絡(luò)，它通過結(jié)合量子鏈路和經(jīng)典鏈路來連接遠(yuǎn)程量子設(shè)備，這使得分布式量子計算成為可能。在這種情況下，許多設(shè)備可以協(xié)同工作，以更快地解決問題。
09. 量子計算：繁榮的商業(yè)模式新機(jī)遇
量子互聯(lián)網(wǎng)還可能開啟新的商業(yè)模式。
例如，分布式量子計算機(jī)和所謂的“盲”量子計算過程允許實現(xiàn)完全私密的計算，這可以增強(qiáng)機(jī)器學(xué)習(xí)，同時保留專有數(shù)據(jù)并確保計算完成后刪除共享數(shù)據(jù)。
這樣的技術(shù)可以讓兩家公司的工廠通過3D打印機(jī)共享數(shù)據(jù)或代碼，而不會讓任何一方看到對方流程的細(xì)節(jié)。這將使不同公司擁有的工廠網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，以更好地適應(yīng)產(chǎn)品數(shù)量的變化。
研究人員需要確定更快的計算、增強(qiáng)的隱私和保密性，以及在共享數(shù)據(jù)和信息給客戶或公司時的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢是否會產(chǎn)生更符合客戶需求的產(chǎn)品和服務(wù)？這對更廣泛的工業(yè)格局會產(chǎn)生什么影響？可能會出現(xiàn)哪些新的商業(yè)模式？這些都是待進(jìn)一步探索的問題。
然而，如果研究人員能夠鋪平其實施的道路，量子計算將前景無量。
引用：
[3]https://cointelegraph.com/news/scientists-warn-the-quantum-revolution-may-stagnate-economic-growth
