量子計(jì)算和人工智能：應(yīng)該知道的10件事

來源：中國(guó)機(jī)器人網(wǎng)

近年來，新興技術(shù)變得突出。其中，量子計(jì)算具有改變我們世界的獨(dú)特潛力。量子計(jì)算已經(jīng)顯示出有希望的證據(jù)，以令人難以置信的方式加速啟發(fā)式計(jì)算。因此，在復(fù)雜的解決方案中應(yīng)用量子計(jì)算來解決藥物和材料發(fā)現(xiàn)、金融、自動(dòng)駕駛汽車應(yīng)用、人工智能和其他領(lǐng)域的問題，將對(duì)我們的生活產(chǎn)生重大影響。特別是，量子計(jì)算有可能放大許多人工智能應(yīng)用的影響（正面和負(fù)面）。

隨著組織努力變得更加數(shù)字化，牢記即將到來的技術(shù)轉(zhuǎn)型對(duì)于更好的規(guī)劃和戰(zhàn)略至關(guān)重要。由于這些技術(shù)進(jìn)步，公司可能會(huì)從量子計(jì)算中獲得真正的收益。這里是量子計(jì)算和人工智能領(lǐng)域應(yīng)該注意的 10 件事：

1. 量子計(jì)算的主要特點(diǎn)

在所謂的經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，位被編程為數(shù)據(jù)單元，可能的值為 1 和 0。在量子計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)單元是用量子比特（量子比特）編程的，量子比特可以同時(shí)表示一、零或零和一的組合。一個(gè)很好的類比是電燈開關(guān)，在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中可以有一個(gè)開或關(guān)位置。使用量子計(jì)算機(jī)中的量子比特，開關(guān)可以同時(shí)具有從打開到關(guān)閉的任何位置頻譜。量子比特的物理能力帶來了量子計(jì)算的兩個(gè)主要特征。疊加。這是指量子比特同時(shí)打開和關(guān)閉的能力，或者在兩者之間的某個(gè)頻譜上。這種融入數(shù)據(jù)單元的不確定性和概率使系統(tǒng)在解決某些類型的問題方面具有強(qiáng)大的功能。糾纏。這是連接在一起的量子比特影響彼此獨(dú)立性的能力，即使它們?cè)谖锢砩鲜欠珠_的。因此，如果我們有兩個(gè)量子比特并且一個(gè)的位置發(fā)生了變化，即使量子比特被分開，另一個(gè)也會(huì)受到影響。這一特性賦予了以令人難以置信的高速移動(dòng)信息的強(qiáng)大能力。

2. 更快更好

量子計(jì)算機(jī)有四種基本功能，將它們與當(dāng)今的經(jīng)典計(jì)算機(jī)區(qū)分開來：

質(zhì)因式分解利用多維空間來探索大型問題空間，并可能徹底改變加密。

通過以前所未有的速度解決大型/復(fù)雜問題進(jìn)行優(yōu)化。

模擬，其中量子計(jì)算機(jī)有效地對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行建模。

• 量子人工智能具有更快、更準(zhǔn)確的更好算法。

IBM的量子研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，與未糾纏的量子比特相比，在運(yùn)行數(shù)據(jù)分類實(shí)驗(yàn)的量子計(jì)算機(jī)上糾纏量子比特可將錯(cuò)誤率降低一半。商業(yè)中的應(yīng)用程序?qū)⒔鉀Q復(fù)雜的問題。例如：

• 藥物開發(fā)需要物質(zhì)分子建模，這是眾所周知的困難，因?yàn)榉肿又械脑右詮?fù)雜的方式與其他原子相互作用。量子計(jì)算機(jī)的繼承糾纏屬性在這里非常合適。
• 利用量子人工智能加快訓(xùn)練系統(tǒng)的時(shí)間和準(zhǔn)確性，例如自動(dòng)駕駛汽車中的訓(xùn)練系統(tǒng)。

從金融服務(wù)、制藥和醫(yī)療產(chǎn)品、醫(yī)療保健、能源、電信、媒體、旅游、物流和保險(xiǎn)等，有許多行業(yè)都將從量子計(jì)算中受益匪淺。

3. 偏置放大器量子計(jì)算的放大效應(yīng)超越了速度和準(zhǔn)確性。它還強(qiáng)調(diào)了 AI/ML 模型中存在的固有偏見。因此，容易受到算法偏見影響的應(yīng)用程序（例如，在就業(yè)篩選領(lǐng)域、警務(wù)等）可能會(huì)變得更加嚴(yán)重。換句話說，量子計(jì)算可能會(huì)產(chǎn)生放大的負(fù)面副作用，可能會(huì)使此類應(yīng)用程序在沒有特殊緩解控制的情況下使用風(fēng)險(xiǎn)太大。這是任何使用AI/量子計(jì)算的人都必須在其解決方案中識(shí)別并考慮的意外影響。

4. 提高算法的復(fù)雜性、透明度和可解釋性人工智能當(dāng)前的核心問題是它缺乏透明度和可解釋性，尤其是在利用深度學(xué)習(xí)等復(fù)雜算法時(shí)。如果人工智能系統(tǒng)被用于直接影響生活的決策，例如法庭決定、社區(qū)的社會(huì)福利，甚至決定誰獲得貸款以及以什么利率獲得貸款，那么至關(guān)重要的是，該決定可以與在實(shí)踐中非歧視性的有形事實(shí)聯(lián)系起來?？梢岳斫獾氖?，此類AI系統(tǒng)上的量子計(jì)算增加了復(fù)雜性，這與透明度和可解釋性產(chǎn)生不利影響。

5. 新的密碼學(xué)標(biāo)準(zhǔn)這項(xiàng)奇妙技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵缺點(diǎn)是它能夠破解用于保護(hù)互聯(lián)網(wǎng)和其他關(guān)鍵應(yīng)用程序的許多防御措施。量子計(jì)算對(duì)幾乎每家公司所依賴的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。當(dāng)今的大多數(shù)在線帳戶密碼以及安全交易和通信都通過 RSA 或 SSL/TLS 等加密算法進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)依賴于將大數(shù)分解為素?cái)?shù)的復(fù)雜性。然而，這是量子計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)解決的一種問題。以我們當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)破解密碼需要一臺(tái)經(jīng)典計(jì)算機(jī)100年的時(shí)間，但使用量子計(jì)算機(jī)可以在幾秒鐘內(nèi)完成。這種影響不僅限于個(gè)人帳戶密碼，還包括暴露私人通信、公司數(shù)據(jù)甚至軍事機(jī)密。為了解決這個(gè)問題，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）正在帶頭在全球范圍內(nèi)努力尋找快速且值得信賴的后量子密碼學(xué)算法。NIST數(shù)學(xué)家達(dá)斯汀·穆迪（Dustin Moody）在IBM密碼學(xué)會(huì)議上表示，“我們希望最終版本完全準(zhǔn)備好并在2024年左右發(fā)布。

6. 不是取代現(xiàn)有的電腦經(jīng)典計(jì)算機(jī)在某些任務(wù)上比量子計(jì)算機(jī)做得更好(比如電子郵件、電子表格和桌面出版)。量子計(jì)算機(jī)的目的是成為解決不同問題的不同工具，而不是取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)。所以，是的，在可預(yù)見的未來，我們?nèi)匀粫?huì)有我們所知道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者我們目前所知道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)版本。

7. 走近主流量子技術(shù)的突破繼續(xù)加速，投資不斷涌入，量子計(jì)算領(lǐng)域的初創(chuàng)公司繼續(xù)成倍增加。阿里巴巴、亞馬遜、IBM、谷歌和微軟等大型科技公司已經(jīng)推出了商業(yè)量子計(jì)算云服務(wù)。盡管量子計(jì)算作為一個(gè)概念自 1980 年代初就已經(jīng)存在，但量子計(jì)算機(jī)可以處理對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)來說過于復(fù)雜的問題的第一個(gè)真正證據(jù)發(fā)生在 2019 年底，當(dāng)時(shí)谷歌宣布其量子計(jì)算機(jī)僅在 200 秒內(nèi)解決了這樣的計(jì)算。高盛（Goldman Sachs）最近宣布，它可以在短短五年內(nèi)引入量子算法來為金融工具定價(jià)?；裟犴f爾預(yù)計(jì)，量子將在未來幾十年內(nèi)形成一個(gè)價(jià)值1萬億美元的產(chǎn)業(yè)。一系列活動(dòng)表明，首席信息官和其他領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)該開始制定他們的量子計(jì)算戰(zhàn)略，特別是在制藥等影響巨大的行業(yè)。

8. 它不在拐角處盡管在構(gòu)建不同的量子計(jì)算系統(tǒng)方面取得了重大進(jìn)展，但我們還遠(yuǎn)未在每個(gè)組織中都擁有一個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)，更不用說在每個(gè)家庭中都擁有一個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)了。與已經(jīng)籌集了數(shù)億美元的量子計(jì)算初創(chuàng)公司不同，量子計(jì)算系統(tǒng)在未來五年內(nèi)不會(huì)成為日常標(biāo)準(zhǔn)。這種延遲主要是由于仍然存在的困難，包括設(shè)計(jì)、構(gòu)建和編程量子計(jì)算系統(tǒng)的困難，包括噪聲、故障、量子相干性的喪失，當(dāng)然還有與量子計(jì)算系統(tǒng)相關(guān)的高價(jià)格標(biāo)簽。

9. 半導(dǎo)體芯片和人才需求大流行給我們的生活方式帶來了關(guān)鍵變化，包括在家工作正?；⒐?yīng)鏈中斷以及在您附近咳嗽的人的可疑表情。它還強(qiáng)調(diào)了半導(dǎo)體芯片的高需求但低供應(yīng)。從技術(shù)設(shè)備到汽車，需求的增加對(duì)消費(fèi)者價(jià)格產(chǎn)生了重大影響。隨著量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，需求只會(huì)進(jìn)一步增長(zhǎng)，相應(yīng)地影響半導(dǎo)體的可用性和成本。除了硬件供應(yīng)限制之外，目前還沒有足夠的資源來訓(xùn)練來支持量子計(jì)算系統(tǒng)和整個(gè)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)。

10. 相關(guān)量子計(jì)算的進(jìn)展近年來，計(jì)算技術(shù)以兩種主要方式取得了進(jìn)步——機(jī)器學(xué)習(xí)的突破，以開發(fā)通過經(jīng)驗(yàn)自動(dòng)改進(jìn)的算法，以及對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研究，理論上可以證明比任何超級(jí)計(jì)算機(jī)都更強(qiáng)大。量子憶阻器?？茖W(xué)家們已經(jīng)創(chuàng)造了一種稱為量子憶阻器的設(shè)備的第一個(gè)原型，它可能有助于將這兩個(gè)世界中的精華結(jié)合起來 - 將人工智能與量子計(jì)算相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)前所未有的功能。芯片上的可擴(kuò)展性/量子。在考慮量子計(jì)算時(shí)，您是否仍然想象一個(gè)大房間，里面裝滿了設(shè)備裝置，清潔質(zhì)量監(jiān)視器和專門的溫度控制人員？好吧，在上面放一些莎莎醬，然后遞給我一杯飲料，因?yàn)樽罱陌l(fā)展現(xiàn)在在芯片上有了量子計(jì)算。這項(xiàng)工作由劍橋量子專家Riverlanes與紐約和倫敦的數(shù)字量子公司SEEQC合作牽頭。量子計(jì)算芯片具有用于工作流和量子比特管理的集成操作系統(tǒng)。隨著這一新計(jì)算浪潮的到來，所有垂直行業(yè)的首席信息官和領(lǐng)導(dǎo)者都有受托責(zé)任和獨(dú)特的機(jī)會(huì)來掌握量子計(jì)算這一新的世界定義技術(shù)的脈搏。

雖然量子計(jì)算的廣泛采用和應(yīng)用似乎還有很長(zhǎng)的路要走，但現(xiàn)在是MSP和其他科技公司開始對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行自我教育的時(shí)候了。