一份新报告指出，能够在未来十年内破解保护在线通信和计算机数据的最强代码的量子计算机不太可能出现。但 ведущие 专家仍然建议美国政府应为此做好准备，因为许多国家都在竞相开发实用的量子计算机。
， 该报告对近年来充斥科技新闻头条和新闻稿的量子计算热潮持健康的怀疑态度。与一些耸人听闻的说法相反，量子计算机不会在短期内，甚至永远不会完全取代经典计算机。尽管商业兴趣激增，但对计算行业的短期影响可能相当小。“我认为在未来一两年内，我们还无法解决实际问题，”谷歌研究科学家、加州大学圣塔芭芭拉分校物理学教授约翰·马蒂尼斯在新闻发布会上表示。“但是，将会出现更好的机器，并且人们会逐渐兴奋起来，因为他们会意识到我们仍然在进行基础科学研究。”
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量子计算的希望来自于利用量子力学在宇宙最小尺度上描述的相互作用。如果一个信息位就像一枚只有“正面”或“反面”的硬币（在经典计算中），那么量子位（qubit）就有点像一个圆形球体，其中一个半球是正面，另一个半球是反面。通过操纵球体——例如，滚动它——可以将量子位置于量子态，其中 40% 是正面，60% 是反面，或 99% 是正面，1% 是反面，或均匀地分为 50-50。现有的量子计算机包含各种各样的架构，使用超冷原子、超导金属环和其他奇异结构作为量子位。
单个量子位中大量可能的态使得量子计算机能够执行比任何可以想象的经典计算机复杂得多的计算操作。这种原始能力有一天可以被利用来执行实际计算机不可能完成的任务，例如破解政府和公司使用的最强加密密码，或模拟与物理学、化学和生物学等科学领域相关的量子系统。但在这些壮举成为日常现实之前，量子计算机必须变得更加实用和可靠。
错误，错误！
最大的挑战之一是来自热波动或物理振动的环境“噪声”，这些噪声会扰乱用于执行计算操作的量子位的量子态。这些扰乱会产生错误，必须在每个受影响的量子位中进行纠正，并且通常来自工程师用来控制量子位并在第一时间与之交互的系统。
实用量子计算竞赛的最终目标是创建一个完全纠错的量子计算机，它可以处理所有这些噪声干扰。研究人员仍在努力降低仅具有双量子位操作的量子系统中的错误率，但尚未将这些纠错方法扩展到由 50 个或更多量子位组成的大型阵列，这些阵列遭受更大的噪声问题。“这些机器还很遥远，”斯坦福大学电气工程和计算机科学教授、报告委员会主席马克·霍洛维茨在新闻发布会上表示。“我们需要比今天多大约 10 万倍的量子位，并且我们需要将量子位的错误率降低 100 倍。”
一些怀疑论者甚至认为制造实用的量子计算机是不可能的。法国蒙彼利埃大学的理论物理学家米哈伊尔·迪亚科诺夫认为，工程师永远无法控制所有连续参数，而这些参数将支撑即使是 1000 量子位的量子计算机。在他看来，错误纠正面临着一项绝望的任务，即处理来自大量参数的潜在干扰，这些参数将超过已知宇宙中估计的原子数量。“在这一点上，我说这是不可能的，因为参数太多了，你无法将它们全部控制在你的控制之下，”迪亚科诺夫说。
但南加州大学量子信息科学与技术中心主任、报告的独立审稿人丹尼尔·利达尔表示，有可能将错误数量减少到可管理的数量。这涉及到基于许多协同工作的嘈杂物理量子位来编码一个稳定的逻辑量子位，以检测和纠正错误——有点像让表现不佳的学生一起工作，互相三重检查对方的工作，并创建一个更可靠的团队。“[通过] 每个逻辑量子位使用更多物理量子位，可以纠正更多错误——并且可以达到阈值‘噪声水平’，低于该水平，使用其逻辑量子位进行计算的量子计算机实际上是无噪声的，”他说。“关键在于由于使用了量子纠错，连续错误的数字化。”
利达尔说，就目前而言，即使是没有纠错功能的嘈杂量子计算设备也可以通过展示“量子霸权”以及完成任何即使是最强大的经典计算机也会束手无策的任务来提供有用的“垫脚石”。但是，实现量子霸权仍然比下一个主要里程碑——可以比经典计算机更有效地执行实际任务的商业上可行的量子计算机——更容易。他说，关键的一步可能需要纠错和误差抑制方法的结合，以减少量子位误差的基线数量，从而使实用的量子计算更具可扩展性。
为量子未来做准备
花旗集团信息安全创新全球主管、报告的合著者鲍勃·布莱克利表示，即使量子计算的进展证明缓慢，美国仍然可以从一种宁可信其有的方法中受益。他说，开发和实施新的“量子安全”密码算法并没有什么坏处，特别是因为现有的密码无论如何也需要定期更新，以最大限度地降低被破解的可能性。“即使我们认为量子计算在 50 年或 100 年内不太可能存在，我们仍然会致力于以我们更换量子安全算法的时间表来更换当前一代密码算法，”他说。
鉴于这份新报告是应国家情报总监办公室的要求编写的，美国情报界可能已经在朝着这些思路思考了。但私人对量子计算的投资也在上升。谷歌、IBM 和英特尔等领先科技公司一直在开发自己的量子计算架构测试版本，加拿大 D-Wave Systems 和美国 Rigetti Computing 等初创公司也在这样做。
如果量子计算机在短期内未能证明其商业可行性，量子计算研究可能需要政府的额外支持。到目前为止，联邦政府对量子计算研究的资助是零星的，并且以不协调的方式分散在各个机构之间。《国家量子倡议法案》可能会改变这种情况，该法案于 2018 年 7 月作为立法提出，旨在为期 10 年的研究工作提供 12.75 亿美元的资金。该法案于 9 月在众议院获得通过，现在需要参议院来支持其事业。
该倡议可能会从报告的调查结果以及对美国落后的日益增长的担忧中获得推动，因为其他国家正在加大力度。中国已宣布一项 114 亿美元的国家量子计算计划。同样，欧盟也承诺在 10 年内投入 11 亿美元。英国将在五年内投资 3.58 亿美元。甚至澳大利亚和加拿大也启动了自己的倡议。
利达尔说：“很容易将这里的领先地位让给其他正在采取积极主动和积极进取方法的国家。” “我们绝对必须有一个资金充足且获得两党支持的国家方向。”