三十年前，擁有一部便攜式固定電話是奢華的巔峰時(shí)期現(xiàn)在，我們的智能手機(jī)是可以處理自然語(yǔ)言命令，并在設(shè)備上運(yùn)行AI模型的個(gè)人計(jì)算 機(jī)。

根據(jù)專家的說法，再過30年，我們將在火星上擁有飛行汽車、機(jī)器人管家和殖民地。也許，也許不是。未來30年的計(jì)算機(jī)進(jìn)步似乎并不像過去那樣確定。在創(chuàng)建更強(qiáng)大的經(jīng)典系統(tǒng)時(shí)，我們正在反對(duì)摩爾定律并開始獲得收益遞減。另一方面，我們也正處于幾個(gè)新計(jì)算范式的風(fēng)口浪尖上。很明顯，在某個(gè)時(shí)候，我們將超越傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算。然而，這是否會(huì)發(fā)生在未來30年、50年或100年是一個(gè)不同的問題。因此，為了便于討論，讓我們想象一個(gè)未來的四種主要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（經(jīng)典、光子、混合和量子）都已經(jīng)成熟并可以使用的世界。我們會(huì)樂觀地說，這會(huì)發(fā)生在2051年。

一、經(jīng)典計(jì)算機(jī)

對(duì)于計(jì)劃縮短二進(jìn)制系統(tǒng)以支持新興量子技術(shù)的人來說，我有一個(gè)壞消息：經(jīng)典計(jì)算機(jī)的存在時(shí)間將比未來30年長(zhǎng)得多。二元計(jì)算機(jī)之于量子計(jì)算機(jī)，就像筆和紙之于強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。普通人在有生之年不需要直接訪問量子計(jì)算機(jī)或強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，但我們都從它們的存在中受益。話雖如此，想想你的iPhone。30年后你仍然會(huì)有類似的東西。也許它會(huì)是眼鏡或神經(jīng)植入物（不太可能，但有可能）。無(wú)論哪種方式，它都需要足夠的板載處理能力來運(yùn)行離散算法和應(yīng)用程序。這就是今天的iPhone可以做到的。而且，就像今天的智能手機(jī)一樣，未來的智能手機(jī)大多只需要足夠強(qiáng)大以連接到云。二進(jìn)制計(jì)算機(jī)在未來將做大多數(shù)與現(xiàn)在相同的事情。對(duì)于需要比我們對(duì)未來PC合理預(yù)期的更大馬力的任務(wù)，它們?nèi)詫⒊洚?dāng)更強(qiáng)大系統(tǒng)的接口。

二、光子計(jì)算機(jī)

這是一個(gè)令人興奮的發(fā)明。光子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還不完全存在，但大想法是使用光子而不是電力來執(zhí)行計(jì)算，電子只能以如此快的速度傳播，而光子以光速傳播，因?yàn)槟溃鼈兇_實(shí)是光。這意味著（理論上）可以創(chuàng)建一個(gè)能夠以光速處理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。IBM和斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究所的研究人員最近開發(fā)了一種有效的光子開關(guān)，一種可以基本上取代硅基晶體管的設(shè)備。光子計(jì)算機(jī)可能比當(dāng)今最強(qiáng)大的二進(jìn)制超級(jí)計(jì)算機(jī)快數(shù)千倍，而且由于它們的運(yùn)行方式，它們實(shí)際上需要更少的能量來運(yùn)行。這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)在未來30年內(nèi)成熟，這是很有可能的，屆時(shí)我們能看到的最大好處是五級(jí)自動(dòng)駕駛汽車的出現(xiàn)。是的，第5級(jí)，那是最高級(jí)別的自動(dòng)駕駛。在最大程度的自主性下，車輛可以完全脫離電網(wǎng)運(yùn)行，無(wú)需人工監(jiān)督。從本質(zhì)上講，這可以通過將一臺(tái)巨大的超級(jí)計(jì)算機(jī)擠進(jìn)一輛微型汽車中來實(shí)現(xiàn)。但我們不是“巨型超級(jí)計(jì)算機(jī)”，而是“微型光子計(jì)算機(jī)”，并假設(shè)它使用的能量是其經(jīng)典表親的1/100的1/100，而產(chǎn)生的功率是其經(jīng)典表親的100到1,000倍。

三、混合系統(tǒng)

在這里，我們特指混合經(jīng)典量子系統(tǒng)。光子計(jì)算機(jī)可能會(huì)與量子系統(tǒng)很好地合作，我們之前提到過，所有量子系統(tǒng)都可能需要某種形式的經(jīng)典系統(tǒng)作為門戶、接口或控制器。但也有一種范式，其中系統(tǒng)在經(jīng)典計(jì)算和量子計(jì)算之間切換或結(jié)合兩者的結(jié)果以運(yùn)行特定算法。有趣的是，這些系統(tǒng)很可能是第一批現(xiàn)成的“量子計(jì)算機(jī)”。請(qǐng)記住，我們不太可能將量子計(jì)算解決到您可以在未來30年內(nèi)在地下室設(shè)置功能性時(shí)間旅行處理器的程度。但是，這并不是說不會(huì)有中間立場(chǎng)。量子系統(tǒng)是針對(duì)非常具體問題的針對(duì)性解決方案。例如，您不能僅僅在IBMQ系統(tǒng)上安裝API并利用量子宇宙來加速視頻渲染。但從理論上講，您可以通過結(jié)合經(jīng)典的多任務(wù)處理（處理基礎(chǔ)設(shè)施）和量子算法（用于傳統(tǒng)處理器無(wú)法執(zhí)行的復(fù)雜數(shù)學(xué)繪圖）來構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)場(chǎng)的航班調(diào)度軟件。考慮到類似的系統(tǒng)已經(jīng)以基本形式存在，可以肯定的是，未來30年將看到大型企業(yè)（價(jià)值約10億左右的企業(yè)）購(gòu)買和安裝混合量子系統(tǒng)作為其IT堆棧的基礎(chǔ)。

四、量子計(jì)算機(jī)

這是有趣的部分！量子計(jì)算機(jī)距我們還有大約20年的時(shí)間，而且取決于您與誰(shuí)交談，它們可能永遠(yuǎn)存在。今天的量子計(jì)算機(jī)是在巨大的實(shí)驗(yàn)室中花費(fèi)巨資精心建造的實(shí)驗(yàn)，本質(zhì)上，它們解決了一兩個(gè)大的數(shù)學(xué)難題。到目前為止，我們根本不可能猜測(cè)功能性、有用的量子計(jì)算系統(tǒng)何時(shí)會(huì)出現(xiàn)。但很有可能在未來30年內(nèi)發(fā)生變化。而且，如果是這樣，科學(xué)和技術(shù)世界的其他部分也將如此。真正有用的量子計(jì)算機(jī)可以幫助我們解決冷聚變、曲速驅(qū)動(dòng)和通用人工智能問題。很難夸大量子計(jì)算機(jī)的潛力，僅對(duì)化學(xué)、藥物發(fā)現(xiàn)和病理學(xué)領(lǐng)域的影響是無(wú)法估量的。隨著科學(xué)根除數(shù)千種疾病，可以挽救數(shù)十億人的生命。

五、總結(jié)

這些技術(shù)都是目前我們可以想象得到但是還達(dá)不到的，但這并不意味著我們無(wú)法實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，畢竟在幾十年前我們也不曾想到科技能發(fā)展到今天這個(gè)地步。當(dāng)談到在遠(yuǎn)處利用幽靈般的動(dòng)作或以光速進(jìn)行計(jì)算時(shí)，未來是不確定的。這些技術(shù)中的任何一項(xiàng)都可能需要10年、30年甚至100年的時(shí)間才能成熟。