日本的量子計算之路——量子退火技術

前沿科技領域始終是各個國家必爭的戰略要地，是一場沒有硝煙的戰爭，但其開銷往往卻比肩甚至會超過發起戰爭所需的資本。總體而言，這一沒有實際衝突的競爭恰恰卻是推動人類社會不斷前進的動力。

拿量子計算來說，各國砸向這一領域的資金可謂有過之而無不及。美國將量子計算機定位為新工業革命的基礎設施，每年大約投入近2億美元用於量子計算機的研究和開發；中國已經在科技創新五年規劃中將研發量子計算機放在重要地位，並且正在建造一個100億美元的量子應用研究中心；歐盟也展示出對這一領域的濃厚興趣，出台了10億歐元的量子技術旗艦計劃。

然而，素來有向美歐看齊的中國近鄰日本，在官方層面上的表態卻少有見聞。日本雖然在量子計算領域已經積累了多年的基礎研究經驗，但卻遲遲未能在現實世界得以實現。日本政府難道真的沒有足夠的資金來推動這一領域的發展，甘願落後於其它國家?我們來看看日本官、產、學三大主體的動態，從中或許能發現一些「蛛絲馬跡」。

官

據HPC報道，日本已經悄悄上馬了一個量子研究組合項目，預計將於2018年4月正式實施。該方案中，日本政府將在10年內為量子計算預留約300億日元(2億6700萬美元)的研發資金。這一數字和美中兩國比起來雖然有一定差距，但考慮到日本在這一領域的基礎研究已經較為成熟，因此，日本政府對量子計算還是非常重視的。

其實早在2016年10月，日本政府科學技術廳就聯合日本國立情報研究所、日本電報電話公司（NTT）宣布要發展量子神經網路等量子計算解決方案。當下日本各大企業競相要實施量子計算的商業化，與這一政府層面的推動不無關係。

產

日本企業的實力是推動日本經濟增長的主要引擎。跨國公司、世界500強公司中的日企不勝枚舉。雄厚的經濟實力使得日本有眾多企業投身於新興科技領域的研究當中。

據日本新聞社2017年11月報道，位於日本東京的NTT正在研究利用光子屬性的量子計算設備。據報道，在國家投資的支持下，量子神經網路（Quantum Neural Network）原型能夠在室溫下長時間運行。NTT宣布將從2017年11月27日開始，向公眾提供一個免費在線訪問的原型量子計算系統，這是日本建立的首台量子計算樣機。NTT宣布，日本也要和中美一起加入量子計算競賽，開發世界上最先進的量子計算機。

無獨有偶，根據《日本經濟新聞》2018年1月22日報道，日本電氣公司（NEC）從今年開始研發相當於「大腦」的基本迴路，計劃於2023年投入使用。NEC將要研發的「量子退火」演算法擅長的是從龐大的選項中選取最佳答案。按計劃，今年製造基本迴路，2023年之前投入數十億日元研發實體機。NEC的研發成果的容量將達到2000到3000量子比特，可瞬間導出數百座城市間最省時的出行路線。在該領域領先一步的加拿大D-Wave系統公司發布的最新機器模型已達2000量子比特。NEC表示，即便量子比特處於相同水平，它們的產品性能將更高。該公司還計劃在十年內達到1萬量子比特的水平。

日本第一、世界第三的IT服務提供商富士通公司也計劃在三年時間裡對相關技術投入500億日元（約合4.5億美元）。富士通將向在該領域有著更多研究經驗的加拿大多倫多大學派遣研究人員，推動基礎研究。還將在面向量子計算機的軟體領域與加拿大1QBit公司開展資金合作，拓展用戶範圍。富士通和1QBit宣布了共同關注量子技術在人工智慧領域的應用。通過這一合作夥伴關係開發的應用程序將解決日本和全球市場中可通過AI和量子技術相結合解決的具體行業問題。

值得一提的是，日本豐田通商也將與D-wave公司進行量子計算合作。D-Wave公司宣布升級其D-Wave 2000Q系統的第二天，D-Wave公司與日本豐田通商在2017年超級計算大會上簽署了一項協議，以利用量子計算技術開展高速優化項目。豐田通商是日本豐田集團的核心企業，經營豐田集團的海外投資和貿易業務，為全球多元化的客戶群提供高性能計算技術。豐田通商計劃使用D-Wave的系統來探索優化應用，最終提高汽車、金融、醫藥和環境可持續性等各個行業的客戶增值效率。

最後，這位人物也值得我們的留意。日本首富、軟銀集團創始人孫正義(對，就是那個投資馬雲的)提出，其1000億美元未來基金的大部分將用於人工智慧和量子計算資金。這個基金有來自日本、沙烏地阿拉伯和阿聯酋的支持。孫正義花了一年的時間籌集了1000億美元的資金，並且準備再籌集1000億美元的基金。此人「集資」的能力可見一斑！

學

談及日本在這方面的高等學府，自然少不了東京工業大學。該校西森秀稔(Hidetoshi Nishimori)教授的實驗室正在進行以量子計算和量子退火為核心的量子相變理論研究。量子力學，統計力學等基礎物理學術系統的知識是直接與量子計算機發展相關的一個非常激動人心的領域，具有很大的社會影響力。量子退火作為利用量子力學的組合優化問題的解決方案引起人們的關注。量子退火正是在1998年由該實驗室提出的一種方法。基於這種想法，加拿大公司D-Wave Systems正在製造量子退火機，也是目前為止唯一一個將量子計算機實現商業化的公司。

除此之外，日本東北大學(Tohoku University)正打算利用D-Wave量子計算機建立研究發展計劃，重點是量子計算機加速優化技術和機器學習的實際部署。在日本科技廳（JST）推動的研究與開發項目「高級研究與開發創業計劃」 （START）的支持下，東北大學信息科學研究院的副教授大關真之(Masayuki Ohzeki)已經開始使用D-Wave 2000QTM系統，這也是D-Wave開發的最新量子計算機。

文末小結

由此不難發現，日本在量子計算領域的動靜已由之前的「韜光養晦」之路開始走向現在「鋒芒畢露」的策略了。日本對量子計算的各個研究方向也非常明確，當下涉及的路線包括光子、量子退火等其它領域。但由於不同路線實現起來的難度相差巨大，資源相對匱乏的日本，或者說更加註重實用性的日本公司，更願意在當下的退火之路上重點發力。而那些技術難度大、回報周期長的研究項目只得靠政府和一些學術機構先行承擔了。在實現量子計算的道路上，日本的產、官、學三方各司其職，又相互促進，必將又是該行業中的一支不容小覷的競爭對手。

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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