量子计算机基于量子力学原理，以全新方式处理信息。我们预计，它们将打开那些我们曾以为会永远紧闭的大门。但这究竟意味着什么呢？
简单来说，对于某些类型的问题，每当在方程中增加一个组成部分，可能的解的数量就会翻倍。这使得计算难度呈指数级增长。
有一则经典寓言很好地展示了指数增长的本质，故事是这样的：
很久以前，有一位工匠发明了我们如今所知的国际象棋。他将自己的发明作为礼物呈给皇帝，皇帝十分高兴，便让工匠说出想要的奖赏。
工匠提出了一个看似十分适度的请求：要一些大米，分64天送达，以对应棋盘上的64个方格。第一天，他将获得一粒米；此后每天的数量都翻倍。
皇帝认为这笔交易很划算，第一天便送来了那一粒米。次日，他将数量翻倍。第三天，工匠得到了四粒米，随后是八粒，依此类推。过了整整一周，工匠总共只收到127粒米，甚至不足以装满一茶匙。
然而不到一个月，得益于指数增长的威力，工匠的请求显然并非如此适度。到第30天，工匠应得的米粒已超过十亿粒。为了在第64天履行约定，皇帝需要交出5350亿公吨大米，这堆米的体积相当于一座珠穆朗玛峰。
有些问题也是如此。当问题规模较小、只需考虑少数组成部分时，它们就好比工匠奖赏前几天那少量的米粒。
就某些问题而言，量子计算机具有独特能力，可以应对这种指数增长。它们基于量子力学原理构建，而量子力学是微观层面上复杂而迷人的自然规律。这些规律一直都存在，但只有在极其精密的条件下，其奇异特性才能被利用；在此条件之外，这些奇特效应大多处于人们的视线之外。
通过利用这种自然行为，量子计算机可以运行新型算法，有望解决以往被视为“无法解决”的问题，涉及优化、化学和机器学习等领域。正因如此，非洲必须立即行动，才不会错过这一新时代。我们需要开展教育，需要提升技能，还需要围绕非洲最紧迫的应用场景集思广益。
量子计算对非洲为何重要
人类大约在30万至20万年前首次出现，但直到约7万年前才离开非洲（此处取多次迁徙浪潮中最大的一次）。在此期间乃至直至今日，基因多样性一直在增加，其最终结果是，非洲人的多样性仍超过世界其他地区的总和。这种多样性是一座蕴藏丰富基因信息的宝库，它使人们能够更便捷地推断不同基因的作用（通过对更多变体进行平均分析），还有助于发现对疾病的天然免疫力。
此外，在个性化基因医学时代，针对某一人群的解决方案未必对另一人群有效。由此可见，我们非洲人需要运用最新的遗传学技术，深入挖掘自身基因遗产中的宝贵资源，并药物研发。量子计算有望在这一领域开辟令人振奋的新研究途径，包括模拟某些药物在人体内的作用、加快药物研发进程，并开启个性化医疗的新时代。
我们的基因遗产只是非洲拥有的众多令人惊讶的自然资源之一，另一项资源是高海拔地区清澈的夜空。这使南部非洲国家赢得了声望，被选为承办全球最大射电望远镜的地点，即平方千米阵列（SKA）。
前来非洲使用SKA的非洲及全球科学家，也应当在非洲本土参与SKA数据的处理与解读，由此带来的各项衍生效益也将惠及非洲。事实上，这正是在非洲大陆建设本地超级计算设施的部分原因。
与传统超级计算机相辅相成，量子计算还有望解决与SKA相关的物理模拟和模式发现问题，例如从科学数据中去除噪声。
为实现理解SKA原始数据这一目标而必须培育的量子计算专业能力，也将为非洲带来本地化的衍生效益。原因何在？SKA每天采集的数据量将超过整个互联网，这意味着，如果你是一家初创企业，并拥有能够在这一庞大数据集中发现规律的算法，那么处理银行或电子商务数据将易如反掌。
非洲特有的、支持投资量子计算的最后一个理由，在于未来的安全影响。量子计算机具有长远潜力，可能破解我们用于保障交易安全的某些类型的加密技术。目前已有应对之道来实现抗量子，而非洲若拥有本地专业人才，将是审慎之举。此类预防措施能够在自满与毫无根据的炒作和恐慌之间找到一条中间道路。
非洲人才辈出
有人时常向我们提出疑问：虽然发展和培养本地专业能力的理由充分，但我们是否具备足够的天赋？所幸，南非在量子物理领域拥有创新的历史可资借鉴（例如，CAT扫描仪的发明曾获诺贝尔奖），而且在前文提及、与量子领域紧密交织的超级计算领域，南非甚至近期取得了成功，令人瞩目。在最近的四年间，南非超级计算团队三次荣获国际超级计算竞赛世界冠军。
正是这些成就让IBM和威特沃特斯兰德大学有信心将量子计算引入非洲，使非洲研究人员能够跟上这一极具前景的技术领域的尖端发展。依托非洲研究型大学联盟及其另外15所成员大学，我们可以充满信心、保持乐观。
为推动学习与社群建设进程，IBM Q将于今年12月在南非举办一场仅限受邀参加的Qiskit训练营，面向200名量子研究人员和计算机科学家。参与者将在沉浸式环境中学习，并获得实操培训。
总而言之，我的非洲同胞们，让我们为量子时代做好准备吧。
