在量子計(jì)算這一被視為未來科技制高點(diǎn)的前沿領(lǐng)域，公眾常常想象的是能夠解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法企及復(fù)雜問題的通用量子計(jì)算機(jī)。中國(guó)量子信息科學(xué)的開拓者之一、中國(guó)科學(xué)院院士郭光燦近期提出了一個(gè)更為務(wù)實(shí)且可能更早落地的愿景：在通向全功能通用量子計(jì)算機(jī)的漫長(zhǎng)道路上，一種專用的、解決特定問題的'量子計(jì)算器'或'量子加速器'可能率先出現(xiàn)，并開始提供切實(shí)的技術(shù)服務(wù)。

從'專用'到'通用'：一條現(xiàn)實(shí)的技術(shù)路徑

郭光燦院士指出，建造一臺(tái)擁有大量高保真度量子比特、并能長(zhǎng)時(shí)間維持量子相干性、還能進(jìn)行復(fù)雜糾錯(cuò)的通用量子計(jì)算機(jī)，是科學(xué)界長(zhǎng)期追求但挑戰(zhàn)巨大的目標(biāo)。這涉及到材料科學(xué)、精密制造、控制工程等多方面的根本性突破，其實(shí)現(xiàn)可能需要數(shù)十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。

相比之下，研發(fā)'量子計(jì)算器'——即針對(duì)特定類型問題（如優(yōu)化、模擬、機(jī)器學(xué)習(xí)中的特定任務(wù)）進(jìn)行加速的專用量子信息處理系統(tǒng)——是一條更為可行的漸進(jìn)式路徑。這類設(shè)備不追求解決所有問題的普適性，而是聚焦于在某些特定算法或應(yīng)用場(chǎng)景上，利用量子力學(xué)的疊加、糾纏等特性，展現(xiàn)出超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性。

'量子計(jì)算器'的可能形態(tài)與應(yīng)用前景

這類先行者的形態(tài)可能是多樣的：

1. 量子模擬器：專門用于模擬另一量子系統(tǒng)（如復(fù)雜分子、新型材料）的行為。這在藥物研發(fā)、材料設(shè)計(jì)等領(lǐng)域具有巨大潛力，是近期最可能實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的方向之一。
2. 量子優(yōu)化處理器：針對(duì)組合優(yōu)化、物流調(diào)度、金融建模等特定優(yōu)化問題設(shè)計(jì)的專用硬件。已有一些基于退火原理或近似優(yōu)化算法的量子設(shè)備在探索此類應(yīng)用。
3. 量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器：將量子計(jì)算與人工智能結(jié)合，為機(jī)器學(xué)習(xí)中的特定計(jì)算環(huán)節(jié)（如特征映射、核函數(shù)計(jì)算）提供加速。

郭院士認(rèn)為，這些'量子計(jì)算器'可以更早地集成到現(xiàn)有的經(jīng)典計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施中，形成'量子-經(jīng)典混合'的計(jì)算模式。用戶無需理解底層的量子物理原理，而是通過云服務(wù)API等方式，調(diào)用這些專用設(shè)備來解決其專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的特定瓶頸問題，從而最早體驗(yàn)到量子計(jì)算帶來的實(shí)際價(jià)值。

技術(shù)服務(wù)的落地與生態(tài)構(gòu)建

'量子計(jì)算器'的先出現(xiàn)，意味著量子計(jì)算技術(shù)服務(wù)將早于通用量子計(jì)算機(jī)走向市場(chǎng)。其發(fā)展路徑可能類似于早期計(jì)算機(jī)的發(fā)展史，從解決特定科學(xué)計(jì)算問題開始，逐步拓展應(yīng)用范圍。

這種模式將驅(qū)動(dòng)一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)生態(tài)：

• 硬件層面：催生針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的專用量子處理器芯片研發(fā)。
• 軟件與算法層面：需要開發(fā)適配專用硬件的算法、編程語言和工具鏈。
• 應(yīng)用與服務(wù)層面：各行各業(yè)（如化工、金融、醫(yī)藥、人工智能）的開發(fā)者將探索如何將自身問題'翻譯'成這些專用量子設(shè)備能夠高效處理的形式，并開發(fā)出垂直領(lǐng)域的解決方案。
• 云平臺(tái)：量子計(jì)算云服務(wù)將成為主要的服務(wù)提供模式，降低用戶的使用門檻。

挑戰(zhàn)與展望

即便是專用'量子計(jì)算器'的實(shí)用化，也依然面臨量子比特質(zhì)量、可擴(kuò)展性、控制精度、與經(jīng)典系統(tǒng)高效集成等挑戰(zhàn)。但這條路徑目標(biāo)更聚焦，更容易在中期取得階段性成果并產(chǎn)生實(shí)際效益。

郭光燦院士的觀點(diǎn)為產(chǎn)業(yè)界和投資界提供了一個(gè)清晰的路線圖參考：不必一味等待'量子霸權(quán)'或通用量子計(jì)算機(jī)的終極突破，而應(yīng)關(guān)注并布局那些在特定問題上具有明確量子優(yōu)勢(shì)的專用技術(shù)。它們的率先成熟與商業(yè)化，不僅能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的動(dòng)能，也將為最終實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)積累寶貴的技術(shù)、人才和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

可以預(yù)見，未來十年，我們或許將首先見證一系列'量子計(jì)算器'在各自的賽道上嶄露頭角，以'量子計(jì)算即服務(wù)'的形式，悄然改變我們解決某些特定高難度問題的方式，從而拉開量子計(jì)算技術(shù)普惠應(yīng)用的序幕。