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2024 年 3 月 18 日，在加州阿纳海姆举行的美国物理学会全球物理峰会上，微软量子团队负责人 Chetan Nayak 展示了该公司量子计算芯片的最新数据。这一举动旨在平息物理学界日益激烈的争论，但研究人员对结果仍持怀疑态度。
争议的核心在于微软在 2 月宣布的一项突破：该公司声称已成功构建了一种新型量子硬件——拓扑量子比特。这种由微小导线上的电子模式制成的量子比特，据称更不容易出错，这将使量子计算机更容易扩展至实际应用规模。然而，在随发布附上的期刊文章中，编辑指出微软并未明确展示电子形成被称为马约拉纳零模式的标志性模式。
微软发言人 Craig Cincotta 向《The Verge》表示：“讨论和怀疑都是科学过程的一部分。”他补充说，自那篇附文以来，微软团队在量子比特的特定方面进行了控制和测量，并取得了进一步改进。
然而，匹兹堡大学的物理学家 Sergey Frolov 对微软的最新数据表示质疑，称其“只是噪音”。对此，Nayak 承认由于电噪音，信号确实难以识别，但他仍然对微软的设备充满信心。
这场争议只是量子计算领域面临挑战的一个缩影。该行业还饱受炒作之苦。量子计算机的支持者称，它们将彻底改变材料科学、加密和金融领域。理论研究表明，有朝一日它们可能在某些耗时任务上击败常规计算机，并开辟新的计算领域。但时间表尚不确定。
尽管面临质疑，量子计算研究人员一直在努力工作。最近几个月，谷歌、亚马逊和几家初创公司宣布了一系列逐步改进。然而，人们不禁要问，消费者还要等待多久才能看到量子计算的杀手级应用？
澳大利亚新南威尔士大学的物理学家 Andrea Morello 表示，量子计算机至少在未来十年内无法解决任何有用的问题。而且这还是在投资者没有失去耐心并退出投资的前提下。该技术仍然是一个全栈问题，从制造量子比特的材料工程，到将量子比特连接在一起，再到大规模制造芯片——更不用说软件了。
投资者之所以坚持，是因为回报可能非常巨大。量子计算机提供了一种全新的计算范式。与将信息编码为二进制 1 和 0 的传统计算机不同，量子计算机将信息表示为 1 和 0 的概率，称为叠加态。这种全新的计算方式可能带来革命性的突破。
研究人员用不同的材料制造物理量子比特——谷歌、亚马逊和 IBM 的每个量子比特都是一个超导电路；一些知名初创公司则使用离子、原子和光子作为量子比特。目前尚不清楚哪种材料是最好的。
专家预测，量子计算机的早期有用应用可能是进行准确而快速的化学模拟，以发现用于更好电池、更环保肥料和新药物的新材料。量子加速也可能颠覆其他行业。银行正在研究量子优化算法，以改进财务预测。量子算法可以使人工智能算法更加节能。它们还应该能够破解现有的加密方法；这一预测促使人们研究更强大的加密形式。
然而，首先研究人员需要减少量子计算机的整体错误，并使其规模更大。当量子计算机变得有用时，普通消费者不应期待它们成为个人设备。专家目前设想未来的量子计算机作为超级计算机中的专用芯片或数据中心。无论哪种方式，用户都将通过云端访问机器。
最近的进展令人鼓舞。过去十年中构建的第一批知名量子计算机错误太多，无法执行有用的算法。最近，研究人员已经找到了如何通过在多个物理量子比特而不是一个中编码单个信息单元来纠正计算错误。谷歌和亚马逊使用这种方法表明，它们的量子计算机可以更可靠地存储信息，而不会随着规模的扩大而变得更加容易出错。这些结果可能为更大、更有用的量子计算机铺平道路。
然而，对物理学家来说的飞跃，对我们其他人来说只是前进了一小步。谷歌和亚马逊的量子“存储器”仅存储了一个量子信息单元，称为逻辑量子比特。一台有用的量子计算机将需要数千甚至数百万个物理量子比特，对应数百或数千个逻辑量子比特。
美国、欧盟和英国政府各自承诺投入数十亿美元用于开发量子计算。对美国来说，主要竞争对手是中国。根据德国智库墨卡托中国研究所的数据，中国已向量子计算投入了 150 亿美元的公共资金。私营部门的资金也在流入。据《Crunchbase》报道，2024 年全球量子计算获得了 15 亿美元的风险投资，创历史新高。
但构建这项技术是困难的。研究人员必须展示进展以让投资者满意，同时也要控制他们的期望以保持耐心。令人担忧的是潜在的“量子寒冬”，即过度炒作导致期望过高和失望，投资者撤回资金。人工智能的发展曾经历过这样的冷却期。
对失去资助者信任的焦虑导致了物理学家目前对微软声明的激烈反应。Frolov 与其他几位研究人员多年来一直指出微软的公告与其实验数据之间的差异。他表示，最近学术界似乎更愿意接受批评。
这些是构建量子计算机过程中的成长阵痛。它的潜力仍然诱人，但终点还很遥远。与此同时，只要资金继续流动，物理学家将继续为逐步进展而争论。
