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抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子计算机带出实验室

2022-06-21 15:08:40
2011年 加拿大公司D-Wave,推出第一台商用量子计算机。 2016年 IBM开发出具有 5 量子位(qubit)的量子计算机。 2017年 IBM宣布研发出全世界第一台50量子位(qubit)的量子计算机。 2018年 Google公布具备72量子位(qubit)的处理器「Bristlecone」。

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抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子计算机带出实验室

未来十年,量子计算机将会对许多产业产生重大影响,为了达成「量子霸权」的目标,科技巨头纷纷砸重本投入研发,将量子计算机带出实验室,走入商用阶段。

量子体系用于运算的想法,早在上个世纪1980年代,就由物理学家理察?费曼(Richard Feynman)提出,然而量子计算机一直被视为如白日梦一般遥不可及的未来,近几年IBM、Google、微软(Microsoft)、Intel等科技巨头,纷纷投入量子计算机领域后,才让量子计算机有从实验室慢慢走向一般商用领域的迹象。

摩根士丹利曾在2016年表示,未来十年,量子计算机将会对许多产业产生重大影响,更预估高端的量子计算机运算市场,2025年会达到100亿美元的价值,各家大厂磨刀霍霍投入大量资源做研发,为的就是达到「量子霸权(quantum supremacy)」的目标。

「量子霸权」是2012年,由加州理工学院物理学家焦恩·普瑞斯基尔(John Preskill)所提出的概念,意思是当量子计算机发展到50量子位(qubit)时,运算能力将会超越世界上所有计算机,具有解决传统计算机所解决不了问题的能力。

而目前究竟有哪些公司正着墨在这个领域呢?

微软

2005年,微软当时就由数学家 麦可·弗里德曼(Michael Freedman)领军,成立研究拓扑量子运算的「Station Q」实验室,微软CEO萨蒂亚·纳德拉(Satya Nadella)认为,量子计算机的高速指令周期可以帮助人类解决像是医疗、能源,这类传统计算机运算需要花上百万年时间才能解决的难题,研究人员能因此受惠加速开发出新的材料、程序等。

去年九月也公布两款量子仿真器,一款可以实际在一个场域中运作,另一款能够在微软Azure云端平台上运作,微软负责量子软件开发的资深研究员Krysta Svore谈到:「量子仿真器能让开发人员在实体机器尚未问世的情况下进行开发工作;量子计算机能够自动进行建模,如果是透过传统计算机,我们并不能真正了解这些流程。」

抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子计算机带出实验室 ▲藉由程序语言Q#,协助开发者开发量子计算机的软件,加快量子运算走向商业化。

去年12月,宣布推出一款程序语言「Q#」,可以协助开发者为量子计算机开发软件,喊出要在五年内让量子计算机进入商业市场的目标;今年(2018)三月,微软研究员透过由半导体材料和超导材料制作的纳米线材,发现马约拉纳费米子(Majorana fermion)存在的证据,它是一种稳定量子信息编码方式,微软希望在今年可以将费米子转化为量子,并在五年内提供商业使用,意味着微软在量子计算机的努力上又迈进了一步。

IBM

IBM同样在量子运算领域深耕多年,1998年就开发出第一个量子位,2016年就开发出具有 5 量子位(qubit)的量子计算机,一年多后,IBM就宣布研发出全世界第一台50量子位(qubit)的量子计算机,并在2018年的消费电子展(CES)上正式亮相。

在公开展示50量子位计算机内部结构时,IBM研究主席Jeffery Welse表示,目前所遇到最大的挑战是温度,因为量子位可能因为噪音等干扰导致数据流失,为了将干扰降到最低,必须将处理器放置在比太空还冷上250倍的低温环境中。

抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子计算机带出实验室 ▲当量子计算机发展到50量子位(qubit)时,运算能力将会超越世界上所有计算机,就称为「量子霸权(quantum supremacy)」。

Jeffery Welse谈到,IBM有信心在来十年内打造出一台具备50到100位的量子计算机,「只需要几分钟的时间,就能得到传统计算机花费五天运算才能得到的结果。」虽然目前IBM量子计算机的应用大多仍处于科学研究阶段,但50量子位(qubit)的出现,也激起不少人对于量子运算的期待与想象。

Google

Google应该可以说是目前在这块领域跑得最快的公司了,今年三月Google量子 AI 实验室(Google Quantum AI lab)公布了具备72量子位(qubit)的处理器「Bristlecone」将IBM先前推出50位的处理器远远抛在脑后。

在处理器「Bristlecone」之前,Google的量子计算机产品只有9位(qubit),而依据「量子霸权」达到50量子位(qubit)的定义,理论上这款处理器已经比量子霸权的定义更大,但错误率的稳定仍是一大关键,先前Google的9量子位处理器有达到错误率0.6%的成绩,而这次官方并没有公布Bristlecone的错误率,但仍在声明中强调若错误率可以下降,将可以超越目前的超级计算机,处理庞杂的运算问题,指出虽然目前没有人能真正达到量子霸权目标,但仍对目前发展相当乐观。

抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子计算机带出实验室 ▲Google 量子 AI 实验室(Google Quantum AI lab)公布了具备72量子位的处理器Bristlecone。

量子计算机要能真正商业化,必须达到100万量子位以上才合格,以现阶段72量子位以及错误率无法降低的状况来看,量子计算机还有许多困难等待突破。

Intel

今年消费电子展(CES)上,Intel CEO布莱恩?科再奇(Brian Krzanich)展示了代号为「Tangle Lake」的49量子位(qubit)的超导测试芯片。

跟先前推出17量子位(qubit)的规格相比,已经取得相当大的进展,Intel 副总 Michael Mayberry谈到,商业化是每间公司的最终目标,但至少还要5到7年才能从技术进入到商品化阶段。

D-Wave

D-Wave 系统公司,是一家来自加拿大,创立于1999年的量子计算机公司,在2011年时推出第一台商用量子计算机,但当时能解决的问题及性能相当受限。

量子计算机拥有强大的指令周期,靠的是量子迭加(superposition)、量子缠结(entanglement)两大量子特性,但D-Wave推出的计算机并没有发生量子缠结,于是使用了一种叫「量子退火(quantum annealing)」的技术,让每个量子位和附近的量子位相互纠缠。

D-Wave 是目前唯一有正式出货量子计算机的公司,而Google一开始开发量子计算机时,也是使用D-Wave的量子计算机做研究。

抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子计算机带出实验室 ▲D-Wave 是目前唯一有正式出货量子计算机的公司。

Rigetti

成立于2014年的Rigetti,是一家量子计算机新创,目标是「打造世界上最强大的计算机」,目前已经获得超过 6,900 万美元的融资,专门生产开发量子计算机的软件。

2016年六月,Rigetti推出8量子位(qubit)的芯片,以及一个叫「Forest」的云端服务,让开发者可以在上面写代码,仿真量子计算机运作的情况。

阿里巴巴

从2015年开始,阿里巴巴就开始关注量子运算领域,宣布联合中科院成立亚洲首个量子计算实验室。

匈牙利裔美国计算器科学家马里奥?塞格德(Mario Szegedy)、密歇根大学终身教授施尧耘都是阿里云量子实验室(AQL)的成员,今年(2018)五月,团队宣布成功研发名为「太章」的量子电路仿真器,这款软件仿真器将有助于加快量子计算机研发。

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