什么是量子电脑？黄仁勋为何不看好量子电脑短期内可上市？

辉达执行长黄仁勋日前于CES展会预测，要让「有用的量子电脑」上市可能需要15到30年。此言论遭到D-Wave执行长抨击「完全错误」。

量子电脑路线之争：量子退火法vs. 闸极型量子电脑

量子运算旨在解决传统处理器难以处理的问题。例如，解码加密、产生随机数和大规模模拟。包括辉达、微软、IBM、Google等公司，以及其他新创及学界，数十年来一直致力于量子运算发展。

Baratz承认，「闸极型量子电脑」可能还需要数十年才能实现。但他强调，D-Wave使用的是「量子退火法」，这项技术现在就可以部署应用。他表示，虽然黄仁勋的评论对于量子退火法来说「完全是错误的」。

尽管股价在周三大幅下滑，但截至1月9日，D-Wave股价在一年之内仍上涨逾615%，市值达到16亿美元（近新台币530亿元）。

Baratz表示，D-Wave系统可以解决超出配备最快NVIDIA系统能力的问题，更称「非常乐意随时随地与黄仁勋会面，帮助他填补这些知识上的空白。」

什么是量子退火法？

量子电脑可以分为两大类，一是量子退火（quantum annealing），二是通用型量子电脑，两者之间主要差别在于是否具有「逻辑闸（logic gate）」。前者没有，只用来解决特定的问题；后者则更接近于我们目前使用的古典电脑，可藉由各种逻辑闸的操作，达到通用计算的目的。

至于量子退火法（Quantum Annealing）则一种利用量子力学效应来寻找复杂问题最佳解的演算法。它特别擅长解决「组合优化问题」，这类问题的特点是有许多可能的解决方案，但要找到最佳解非常困难。举例而言，就像是在一个布满高低起伏地形的区域中找到最低点。

古典方法：缓慢下降

延续上述「找到地形最低点」的比喻，古典电脑解决问题的方法，就像是一个沿着斜坡慢慢滚动小球，直到到达一个低点。但问题是，这个地形可能有很多个局部低点（就像小山谷），小球一旦滚到其中一个山谷就可能停住，而无法找到真正的最低点，也就是最佳解。

量子退火的优势在于，可以透过量子穿隧效应（quantum tunneling），快速从次佳解跳至最佳解。图/ 维基百科

量子方法：直接穿隧

而量子退火法则，利用了量子力学中的「量子穿隧效应」（Quantum tunneling effect）。想像这个小球不再只是沿着地形表面滚动，它还可以「穿过」一些小山丘，直接到达更低的地方。这是因为在量子世界中，粒子有一定的机率穿过障碍物，即使它没有足够的能量「翻越」障碍物。

跟闸极型量子电脑差在哪？

相对于量子退火法，闸极型量子电脑更像是「通用型的量子电脑」，可以执行更广泛的量子演算法。这两者在技术实现和应用领域上有所不同。就像一台专门用来挖土的挖土机（量子退火）和一台可以执行各种任务的电脑（闸极型量子电脑）。

闸极型量子电脑更像是「通用型的量子电脑」，可以执行更广泛的量子演算法。图/ Boykov via shutterstock

黄仁勋为何不看好量子电脑短期内可上市？

黄仁勋指出量子电脑（或着说闸极型量子电脑）至少30年才会上市的原因，在于目前仍有多种困难难以克服。包括，量子位元（qubits）的不稳定性，其容易受到环境的微小干扰（例如温度、电磁场等）而导致计算错误，这使得硬体的建置和维护成本非常高昂。

此外，目前的闸极型量子电脑拥有的量子位元数量仍然有限，远远不足以解决复杂的实际问题。要实现具有实用价值的量子计算，需要成千上万甚至数百万个高质量的量子位元。同时，由于商业模式还不明朗，许多企业和研究机构难以负担大量的资金投入，为其目前实际面上的问题之一。

相较之下，量子退火法在某些特定类型的优化问题上已经展现出一定的应用潜力，例如金融建模、物流优化、材料科学，以及AI等，并且在硬体实现上相对容易一些。这也是D-Wave能够推出商业化的量子退火电脑的原因。

除了D-Wave以外，富士通（Fujitsu）也开发了名为「数位退火器」（Digital Annealer）的技术，以模拟量子退火的运算方式。

其虽然不是真正的量子电脑，但数位退火器在解决某些优化问题时，也能提供比传统电脑更快的速度。富士通提供数位退火器的硬体、软体和云端服务，并与各产业合作，应用于物流优化、材料开发等领域。