量子計算和人工智能：應該知道的10件事

近年來，新興技術變得突出。其中，量子計算具有改變我們世界的獨特潛力。量子計算已經顯示出有希望的證據，以令人難以置信的方式加速啟發式計算。因此，在複雜的解決方案中應用量子計算來解決藥物和材料發現、金融、自動駕駛汽車應用、人工智能和其他領域的問題，將對我們的生活產生重大影響。特別是，量子計算有可能放大許多人工智能應用的影響（正麵和負麵）

 

隨著組織努力變得更加數字化，牢記即將到來的技術轉型對於更好的規劃和戰略至關重要。由於這些技術進步，公司可能會從量子計算中獲得真正的收益。這裏是量子計算和人工智能領域應該注意的 10 件事：

1. 量子計算的主要特點

在所謂的經典計算機中，位被編程為數據單元，可能的值為 1 和 0。在量子計算機中，數據單元是用量子比特（量子比特）編程的，量子比特可以同時表示一、零或零和一的組合。

一個很好的類比是電燈開關，在經典計算機中可以有一個開或關位置。使用量子計算機中的量子比特，開關可以同時具有從打開到關閉的任何位置頻譜。量子比特的物理能力帶來了量子計算的兩個主要特征。

• 疊加。這是指量子比特同時打開和關閉的能力，或者在兩者之間的某個頻譜上。這種融入數據單元的不確定性和概率使係統在解決某些類型的問題方麵具有強大的功能。
• 糾纏。這是連接在一起的量子比特影響彼此獨立性的能力，即使它們在物理上是分開的。因此，如果我們有兩個量子比特並且一個的位置發生了變化，即使量子比特被分開，另一個也會受到影響。這一特性賦予了以令人難以置信的高速移動信息的強大能力。

2. 更快更好

量子計算機有四種基本功能，將它們與當今的經典計算機區分開來：

• 質因式分解利用多維空間來探索大型問題空間，並可能徹底改變加密。
• 通過以前所未有的速度解決大型/複雜問題進行優化。
• 模擬，其中量子計算機有效地對複雜問題進行建模。
• 量子人工智能具有更快、更準確的更好算法。IBM的量子研究團隊發現，與未糾纏的量子比特相比，在運行數據分類實驗的量子計算機上糾纏量子比特可將錯誤率降低一半。

商業中的應用程序將解決複雜的問題。例如：

• 藥物開發需要物質分子建模，這是眾所周知的困難，因為分子中的原子以複雜的方式與其他原子相互作用。量子計算機的繼承糾纏屬性在這裏非常合適。
• 利用量子人工智能加快訓練係統的時間和準確性，例如自動駕駛汽車中的訓練係統。

從金融服務、製藥和醫療產品、醫療保健、能源、電信、媒體、旅遊、物流和保險等，有許多行業都將從量子計算中受益匪淺。

3. 偏置放大器

量子計算的放大效應超越了速度和準確性。它還強調了 AI/ML 模型中存在的固有偏見。因此，容易受到算法偏見影響的應用程序（例如，在就業篩選領域、警務等）可能會變得更加嚴重。換句話說，量子計算可能會產生放大的負麵副作用，可能會使此類應用程序在沒有特殊緩解控製的情況下使用風險太大。這是任何使用AI/量子計算的人都必須在其解決方案中識別並考慮的意外影響。

4. 提高算法的複雜性、透明度和可解釋性

人工智能當前的核心問題是它缺乏透明度和可解釋性，尤其是在利用深度學習等複雜算法時。如果人工智能係統被用於直接影響生活的決策，例如法庭決定、社區的社會福利，甚至決定誰獲得貸款以及以什麽利率獲得貸款，那麽至關重要的是，該決定可以與在實踐中非歧視性的有形事實聯係起來。

可以理解的是，此類AI係統上的量子計算增加了複雜性，這與透明度和可解釋性產生不利影響。

5. 新的密碼學標準

這項奇妙技術的一個關鍵缺點是它能夠破解用於保護互聯網和其他關鍵應用程序的許多防禦措施。量子計算對幾乎每家公司所依賴的網絡安全係統構成了嚴重威脅。當今的大多數在線帳戶密碼以及安全交易和通信都通過 RSA 或 SSL/TLS 等加密算法進行保護。當前標準依賴於將大數分解為素數的複雜性。然而，這是量子計算機擅長解決的一種問題。以我們當前的標準破解密碼需要一台經典計算機100年的時間，但使用量子計算機可以在幾秒鍾內完成。這種影響不僅限於個人帳戶密碼，還包括暴露私人通信、公司數據甚至軍事機密。為了解決這個問題，美國國家標準與技術研究院（NIST）正在帶頭在全球範圍內努力尋找快速且值得信賴的後量子密碼學算法。NIST數學家達斯汀·穆迪（Dustin Moody）在IBM密碼學會議上表示，“我們希望最終版本完全準備好並在2024年左右發布。

6. 不是替代當前計算機

經典計算機在某些任務上比量子計算機做得更好(比如電子郵件、電子表格和桌麵出版)。量子計算機的目的是成為解決不同問題的不同工具，而不是取代經典計算機。所以，是的，在可預見的未來，我們仍然會有我們所知道的計算機係統，或者我們目前所知道的計算機係統的一個版本。

7. 走近主流

量子技術的突破繼續加速，投資不斷湧入，量子計算領域的初創公司繼續成倍增加。阿裏巴巴、亞馬遜、IBM、穀歌和微軟等大型科技公司已經推出了商業量子計算雲服務。

盡管量子計算作為一個概念自 1980 年代初就已經存在，但量子計算機可以處理對經典計算機來說過於複雜的問題的第一個真正證據發生在 2019 年底，當時穀歌宣布其量子計算機僅在 200 秒內解決了這樣的計算。高盛（Goldman Sachs）最近宣布，它可以在短短五年內引入量子算法來為金融工具定價。霍尼韋爾預計，量子將在未來幾十年內形成一個價值1萬億美元的產業。

一係列活動表明，首席信息官和其他領導者應該開始製定他們的量子計算戰略，特別是在製藥等影響巨大的行業。

8.它不在拐角處

盡管在構建不同的量子計算係統方麵取得了重大進展，但我們還遠未在每個組織中都擁有一個量子計算係統，更不用說在每個家庭中都擁有一個量子計算係統了。與已經籌集了數億美元的量子計算初創公司不同，量子計算係統在未來五年內不會成為日常標準。這種延遲主要是由於仍然存在的困難，包括設計、構建和編程量子計算係統的困難，包括噪聲、故障、量子相幹性的喪失，當然還有與量子計算係統相關的高價格標簽。

9. 半導體芯片和人才需求

大流行給我們的生活方式帶來了關鍵變化，包括在家工作正常化、供應鏈中斷以及在您附近咳嗽的人的可疑表情。它還強調了半導體芯片的高需求但低供應。從技術設備到汽車，需求的增加對消費者價格產生了重大影響。隨著量子計算機的出現，需求隻會進一步增長，相應地影響半導體的可用性和成本。除了硬件供應限製之外，目前還沒有足夠的資源來訓練來支持量子計算係統和整個經濟生態係統。

10. 相關量子計算進展

近年來，計算技術以兩種主要方式取得了進步——機器學習的突破，以開發通過經驗自動改進的算法，以及對量子計算機的研究，理論上可以證明比任何超級計算機都更強大。

• 量子憶阻器。科學家們已經創造了一種稱為量子憶阻器的設備的第一個原型，它可能有助於將這兩個世界中的精華結合起來 - 將人工智能與量子計算相結合，以實現前所未有的功能。
• 芯片上的可擴展性/量子。在考慮量子計算時，您是否仍然想象一個大房間，裏麵裝滿了設備裝置，清潔質量監視器和專門的溫度控製人員？好吧，在上麵放一些莎莎醬，然後遞給我一杯飲料，因為最近的發展現在在芯片上有了量子計算。這項工作由劍橋量子專家Riverlanes與紐約和倫敦的數字量子公司SEEQC合作牽頭。量子計算芯片具有用於工作流和量子比特管理的集成操作係統。

隨著這一新計算浪潮的到來，所有垂直行業的首席信息官和領導者都有受托責任和獨特的機會來掌握量子計算這一新的世界定義技術的脈搏。

雖然量子計算的廣泛采用和應用似乎還有很長的路要走，但現在是MSP和其他科技公司開始對這項技術進行自我教育的時候了。