总部位于温哥华的1QBit是世界经济论坛的 2015年度科技先锋。该公司为量子处理器开发软件，用以应对涉及复杂计算难题的现实挑战。联合创始人兰登·唐斯（Landon Downs）和安德鲁·福斯曼（Andrew Fursman）探讨了量子计算目前能做什么，以及它的发展方向。
能否简要介绍量子计算的背景？
20世纪80年代，人们首次设想：可以制造一种计算机，利用物质的量子特性进行运算，其速度远超传统计算机。如今的所有计算机都以“比特”为运算单位，比特只能处于开或关之一的状态。但与之对应的量子比特，即“量子位”，由于物质在量子层面的特殊行为方式，可以同时处于开和关的状态。理查德·费曼和大卫·多伊奇等物理学家提出理论设想：如果能用量子位取代计算机中的比特，就能利用这种行为，使运算速度提升数个数量级。
然而，从理论走向实践的过程困难重重，令人沮丧：从制造出一个量子位到构建一个包含三个量子位的系统，就花费了多年研究。而计算机拥有数十亿个比特。因此，人们开始放弃以量子位构建通用计算机的目标，转而探究是否存在其他方式，利用量子效应执行范围更有限、类型更具体的计算。
这就像计算器与计算机之间的区别。如果你的年纪足够大，还记得袖珍计算器，它们做不到你的智能手机现在能做的一切，但能把少数几件事做得非常出色，远胜于用铅笔和纸进行演算。我们目前所处的阶段正是如此：对于运行我们软件的处理器而言，“量子计算器”或许比“量子计算机”更为贴切。其应用领域相对狭窄，但在这些领域之内，它能够带来令人振奋的应用。
哪些类型的问题适合采用量子处理方法？
总体而言，适合那些需要在海量可能选项中寻找最优解的问题。解决此类问题有两种思路。一是逐一考察所有选项，看哪一个最佳。但很快这种方法就会变得不切实际。假设仅有250个只能以“是”或“否”作答的问题，其可能的组合数量就已超过可观测宇宙中的原子数。
因此，另一种选择是使用启发式方法，即数百年来逐步形成的各种技巧与方法。这适用于那些并不现实地期望找到绝对最优解、而只求在可接受的较短时间内得到足够好答案的情形。物质的量子特性使这些处理器能够借助一种称为量子退火的过程迅速得出最优答案。其目标是在运行启发式方法所需的相同时间范围内，获得更接近穷举搜索结果的答案。
现实中，有哪些应用实例可以利用这种能力？
我们近期开发并获得专利的一款软件，是一种用于比较多维结构、判断哪些结构彼此最为相似的工具。其可能的应用之一是药物研发：如果有一种全新分子，并希望预测它对人体的影响，一种方法是将其与已知效应的分子数据库进行比较。它与能够治愈癌症的分子更相似，还是与导致心脏病的分子更相似？
但这款软件同样可以应用于任何可被视为节点与边集合的事物，即数学中所称的图。例如在金融领域，可以将各种可能的投资组合表示为图并加以比较。计算金融是我们正在开展工作的一个领域，因为在有限时间内获得更优答案显然大有裨益，比如为投资组合确定最优的金融工具组合。
图比较只是我们正在开发的众多软件工具之一，这些工具均可在当今的量子处理器上运行。随着这些处理器的芯片越做越大，我们基于这些软件内核构建的应用也将变得越来越强大。
你们的软件运行在哪一种量子处理器上？
由我们的合作伙伴D-Wave生产的系统。为使量子位呈现量子行为，处理器被置于真空环境中，屏蔽地球磁场，并被超冷却至接近绝对零度。若以所需设备的规模而言，可将其比作20世纪60年代的第一代大型机，而非今天的个人电脑。
D-Wave是唯一的量子处理器，还是也有其他产品？
目前，D-Wave是唯一可供购买的商用量子处理器生产商。但众多团体也在开展出色的工作，包括初创企业、学术界，以及谷歌、微软和IBM等科技巨头。其中部分工作基于D-Wave这类超导系统，另一些则更为新颖，仍处于实验阶段。
这些不同的团体在多大程度上能够跟上彼此的工作进展？
学术界的研究成果不断发表，我们也参与了多个工作小组，既有正式的，也有非正式的，其中包括一个D-Wave用户小组，成员包括美国国家航空航天局（NASA）、洛克希德·马丁公司、谷歌以及美国大学太空研究协会。我们努力及时了解彼此正在做的事情，相互指导，并判断哪些方向值得期待。该领域的竞争并不激烈，因为我们深知，领域自身所形成的发展势头越强劲，对我们所有人就越有利。
能否预测量子计算在一年、五年、十年或二十年后将发展到什么水平？
无论是短期还是长期，都更容易给出较有把握的回答。量子位数量长期保持大致稳定的增长趋势，大约每年翻一番。D-Wave刚刚宣布推出首款量子位数超过1000的处理器，因此，我们预计一年后将拥有量子位数超过2000的处理器。此外，几乎所有人都认同，二十年后，我们将开发出理查德·费曼等人早在20世纪80年代所设想的、具有更广泛用途的通用量子计算机。
不确定的是中间阶段会发生什么，因为从现在通往那里的道路可能有无数条。我们的预测（当然也是我们的期望）是，推动进步的动力在于扩大技术的获取途径。未来，我们希望开发供其他开发者在其基础上构建的软件，使人们能够像现在随意使用安卓手机一样，尝试各种量子处理应用。一旦实现这一点，我们相信将会涌现出各种令人振奋的新应用。
关于2015年全部科技先锋的完整详情 可在此处查看。
作者：兰登·唐斯（Landon Downs）和安德鲁·福斯曼（Andrew Fursman），1QBit联合创始人
图片：2011年5月16日，摄于瑞士洛桑附近埃库布朗斯的瑞士联邦理工学院（EPFL）低颗粒污染纳米加工洁净室之一，媒体在此展示“守护天使”项目期间拍摄的一片硅晶圆。路透社/Valentin Flauraud
