量子计算机能帮助人类应对新冠病毒吗？

D-Wave Systems公司正着手向COVID-19研究人员免费提供云量子计算服务——下面来看具体服务方案。

D-Wave Systems公司已经开始向COVID-19研究人员免费提供云量子计算服务时长。上周公布的这项提案将主要面向疫苗与疗法、流行病学研究、供应分配、医院后勤以及病患诊断等具体应用场景。

D-Wave公司位于加拿大不列颠哥伦比亚省本那比市，公司CEO Alan Baratz表示，“我们已经开始向企业、政府以及研究人员开放免费且无限制条件的使用服务，致力于解决与此次疫情流行相关的问题。我们也意识到，其中不少用户可能还没有量子计算机方面的经验。因此，我们与已经具备丰富系统经验的客户及合作伙伴取得联系，希望他们能够为这些新用户提供帮助与指导。”

D-Wave正在安排免费的量子计算咨询服务，包括为一线抗疫人员建立一整套关于科学计算、规划、管理以及操作的专业知识教程。

长期以来，量子计算一直停留在理论研究层面，直到近年来才开始被用于解决实际问题。D-Wave公司成立于1999年，号称是全球第一家商用量子计算机公司。他们的计算机方案主要采用超导电路（简称SQUID，又名超导量子干涉设备）构建而成，能够通过此类电路显示出可通过宏观视角观察到的量子特性。

D-Wave公司在2011年到2017年期间先后推出四套系统，规模从128量子比特到2048量子比特不等。根据该公司的公告，他们将在今年9月发布第五套系统，计划进一步将量子比特数量提升至5640，并于年底期间正式开售。

自2018年以来，D-Wave公司就开始通过其“Leap”量子云计算服务为用户提供对量子计算资源的远程访问方案。

Baratz解释道，目前Leap已经孕育出一个拥有1000多位开发者的生态系统，致力于将量子计算资源用于多个领域——包括蛋白质折叠、财务建模以及葡萄牙里斯本地区的公交线路优化等。

从今年2月起，D-Wave开始提供增强型量子计算云服务（Leap 2），借此将模拟量子比特（运行在传统计算机上）与D-Wave的真实量子比特进行耦合。

最早的Leap量子云只能支持最多包含100个变量的问题，而且这100个变量彼此之间必须保持稀疏关联。相比之下，Leap 2则最多支持10000个变量，且允许变量之间完全相互关联。

为了说明这种“稀疏关联”与“完全关联”之间的区别，Baratz还提出了一个示范性用例：假定某家航空公司的机队拥有100架飞机，分布在25处机场当中，并有500名机组人员负责为机内或地面的得意之作产提供服务。在这一场景下，要计算出飞机以及工作人员的最佳日程安排结果，必然涉及大量原始参数——包括飞机的实际限制（维护时间表、天气以及特定机场内的当前可用停机位）、机组人员情况（地勤）、飞机认证水平、工作以及休假时间表等等。这些约束条件将以变量的形式相互关联，并通过编程在D-Wave算法中得到全面处理。

Baratz指出，“变量的多少，一般取决于大家希望解决的实际问题，例如有多少架飞机、飞机上有多少个座位等。以此为基础，变量的约束条件就是指在进行赋值分配时，必须得到满足的相关参数。”

Masayuki Ohzeki是总部位于东京的Sigma-i公司的联合创始人。他们正利用D-Wave量子云开发出最佳海啸疏散路线，同时摸索如何提高自动机构运载车在工厂内运输物料时的执行效率。

现在，Ohzeki表示他的团队已经开始进行路线规划工作，希望以更优方式运送COVID-19患者往返各医疗机构。

与之前提到的航空公司示例一样，由于每位患者的交通状况因素都有所不同（包括患者自身病情，以及特定班次下的可用工作人员数量），因此问题往往非常复杂。

他指出，“从这个意义上讲，最重要的是关注交互并提出新的表述，而非硬性照搬教科书中提出的现有框架。Sigma-i公司热爱探索，希望找到更巧妙的量子退火机使用方式。”

Kristel Michielsen是德国Jülich超级计算中心的量子信息处理小组负责人，同时也是D-Wave程序员团队中的一员。他们目前正为COVID-19研究人员提供免费咨询服务。她解释道，“Jülich超级计算中心积极发布关于量子退火的专业知识，也将帮助研究人员选定合适的问题，并将问题内容「翻译」为可经量子退火解决的形式。”

在周二的一封后续电子邮件中，Baratz收集了新冠病毒研究人员在使用D-Wave一周之后提交的报告，其中反映出相关团队在使用量子计算资源方面的不少显著特征。

Baratz总结道，“我们看到，各研究团队主要利用量子计算服务处理以下几大类问题：1）病毒传播的建模与仿真；2）护士及其他医院资源的调度；3）评估病毒的突变率；4）评估现有药物作为潜在治疗方法的可能性。我们已经听到来自世界各地的组织及开发人员给出的积极反馈，也期待着他们能够与我们的全球合作伙伴携手并进，共同找到针对COVID-19疫情的潜在解决方案。”