量子计算机简史

谷歌和NASA联手宣布“快1亿倍”的计算机是怎样诞生、如何运行的？

量子计算机有望推动人工智能等多个领域的飞跃性发展，为何却会遭到质疑？

追求“量子霸权”的角逐中，谁迈出了ling跑的第一步，谁又能从哪些方面弯道超车？

加拿大D-Wave公司研发的量子计算机虽然从问世之初便饱受质疑，但仍旧赢得了洛克希德·马丁公司、谷歌及NASA等客户，并在全球范围内引发了量子计算机研发的更大热潮。D-Wave量子计算机虽然诞生在北美，但其采用的量子退火理论和基本技术都是由日本科学家率先提出的。

西森秀稔教授正是量子退火理论的提出者之一，他与本书另一位作者大关真之副教授一直在量子计算领域的第一线从事研究，他们用尽可能简单而精准的语言，为普通读者拨开纷繁的迷雾，介绍关于量子计算机最核心的真实信息。

西森秀稔，东京工业大学理学院教授。1977年毕业于东京大学理学部物理系。1981年成为卡内基梅隆大学博士研究员，1982年获得东京大学理学博士。1990年起任东京工业大学理学部物理系助教，1996年起任现职。1990年获日本IBM科学奖，2006年获得仁科纪念奖。著有《自旋玻璃与信息统计力学》《关于相变和临界现象的统计物理学》等专著。

大关真之，日本东北大学大学院信息科学研究科应用信息科学专业副教授。1982年出生，2008年完成东京工业大学理工学研究科物性物理学专业博士课程，随后在东京工业大学从事量子退火研究。曾任罗马大学物理系研究员、京都大学信息学研究课系统科学专业助教，自2016年10月起任现职。2012年获得第六届日本物理学会青年鼓励奖，2016年获得文部科学大臣表彰青年科学家奖。

◎ 下一个诺贝尔物理学奖也许就是它！

shou创者从零解说量子计算机的发展历程和运行原理，了解科技树顶端技术将如何推动人工智能及机器学习,尤其是深度学习实现质的飞跃。

◎ 1秒vs.3年2个月！“快1亿倍”的计算机将彻底改变我们的生活！

D-Wave量子退火机已在航班时刻表、选举模型、化学、汽车设计、健康医疗、物流与金融管理等商业与科学领域投入了应用。

最近，D-Wave公司还宣布向COVID-19研究人员免费提供云量子计算服务，为抗击疫情贡献力量。

◎ 了解各科技巨头围绕“量子霸权”的激烈角逐和今后走势！

D-Wave量子退火机在质疑声中接连赢得洛克希德·马丁、谷歌、NASA、洛斯·阿拉莫斯国家试验室等众多客户，谷歌宣布实现了“飞跃式运算能力”，本书还介绍了各科技巨头争相布局的量子计算机的不同原理和类型。

量子计算机与人工智能的新时代

不知道翻开本书的各位是对量子计算机感兴趣？还是对人工智能感兴趣？还是对两者都感兴趣呢？

量子计算机一词从20世纪90年代前后开始走进公众视野。量子计算机因为运算速度远超经典计算机而备受期待，但一般认为要实现其普遍应用仍需数十年时间。而另一方面，近年来人工智能迅速发展，在日本象棋和围棋领域击败人类冠军，并逐渐被应用到诸多领域。

或许有人会问：量子计算机和人工智能到底有什么关系？实际上，曾被认为遥遥无期的量子计算机已经突然问世，而且开始了商业化销售，在过去完全不相干的人工智能领域的应用也将取得进一步发展。

这种商用量子计算机采用了与之前全然不同的研究方向—量子退火的方式。尽管量子退火计算机目前还不具备像经典计算机一样的通用性，但它可以应用到人工智能及物流、金融等众多领域。这种商用量子计算机是加拿大的一家创业公司率先开发出来的。此外，谷歌和美国政府也投入了巨额资金用于同类量子退火计算机的研发，在北美掀起热潮。

本书尽量采用通俗易懂的语言，简要介绍新模式量子计算机如何运转、能够进行何种运算以及如何应用到人工智能的研发领域，使没有专业知识的读者也能理解其原理。此外，量子退火虽然在北美引起了巨大反响，但提出该原理并从事基础研究的其实却是日本学者。因此，本书也将介绍日本学者所做的贡献以及他们今后应如何活跃于国际舞台等内容。

以下为本书的大致框架。

第1 章从谷歌和美国国家航空航天局就新式量子计算机举办记者发布会，宣布其运算速度比经典计算机“快1 亿倍”谈起，从整体上简要介绍量子计算机如何运算、如何在社会上发挥作用及其研发过程。

第2 章介绍研发量子计算机的加拿大创业公司。主要介绍该公司理论物理专业出身的创始人是如何创新的，以及进一步提高量子计算机性能必须解决的若干课题。

第3 章介绍量子计算机的运算原理及其在人工智能研发领域的应用过程。量子计算机使用量子比特作为量子信息单位，能够高效处理组合优化问题，而对经典计算机而言，这类问题是非常耗时的。机器学习是实现人工智能的基础技术，本章还将介绍量子计算机如何在机器学习，尤其是备受关注的深度学习中发挥作用。

第4 章展望了量子退火计算机的实际应用将给社会带来的变化。目前，量子退火计算机已经在若干领域投入应用。本章在介绍其应用现状之后，还将探讨量子退火计算机在人工智能领域的应用可能会给社会带来的巨大变化。

为了方便读者更好地理解量子计算机，第5 章将回顾量子力学的基础知识及其基础技术的研发历程。量子力学的世界常常有悖于我们日常生活中的常识，例如物质具有波粒二象性，可以实现0 和1 同时叠加的状态等。

第6 章将深入分析量子退火计算机从基础研究到实际应用的飞跃，同时反思日本未来的发展方向。

无论是量子计算机，还是人工智能，相信多数人对它们的印象都是晦涩难懂。不过阅读本书你会发现，这二者的交叉带来了广阔的尚待开发的领域。希望大家能够迈出第一步，把本书看完。

量子计算机与人工智能的新时代 1

第1章 “快1亿倍”的计算机 5

第2章 量子退火机的诞生 29

第3章 最优化问题的解法和人工智能领域的应用 47

第4章 量子计算机创造的未来 75

第5章 不可思议的量子世界 99

第6章 量子领域将来的发展趋势 119

后 记 143

出版后记 149