量子計算賽道上的巨頭拉鋸戰

來源:網易智能

據國外媒體報道，長期以來量子計算機一直被吹捧為功能強大得令人難以置信的機器。相比於世界上現有的計算機，量子計算機能夠以更快的速度解決極其複雜的計算問題。但目前還沒有就開發量子計算機的最佳方式達成一致。最終誰將贏得這場比賽?

量子計算機能否揭開我們身體和宇宙的奧秘？

計算機科學家說，超高速量子計算機可以加速新藥物的研製，破解最複雜的密碼安全系統，設計新材料，模擬氣候變化，以及實現超級人工智慧。但目前業內還沒有就如何研發量子計算機達成共識，對於其將如何用於大眾市場也尚未統一。世界各地的物理學家、工程師和計算機科學家正試圖開發四種非常不同類型的量子計算機，這些計算機分別是基於光粒子、俘獲離子、超導量子比特或鑽石中的氮空位中心。

量子計算機能夠在分子水平上幫助追蹤遺傳病

IBM、谷歌、Rigetti、英特爾和微軟等公司目前都是量子計算機領域的領先者。然而每種方法都有其優缺點，但最大的挑戰是量子本身的脆弱性。

什麼是量子計算?

經典計算機採用比特在長序列中表示開或關的狀態，而量子比特(或量子位)則應用了亞原子粒子近乎神奇的特性。例如，電子或光子可以同時處於兩種狀態——這種現象稱之為疊加態。因此，基於量子比特的計算機可以比經典計算機以更快的速度完成更多計算。

「如果你有一台雙量子比特的計算機，再添加兩個量子比特，它就變成了一台四量子比特的計算機。然而它的計算能力遠非提高一倍，而是以指數方式增加。」麻省理工學院科技評論(MIT Technology Review)舊金山分社社長馬丁·賈爾斯(Martin Giles)解釋道。

計算機科學家有時把這種量子計算效應描述為能夠同時沿著非常複雜迷宮的每條路徑走下去。即便彼此之間沒有物理連接，量子比特也可以相互影響，這一過程被稱為「量子糾纏」。從計算的角度來說，這使他們能夠實現經典計算機永遠無法做到的邏輯飛躍。

尋求穩定

但是，量子比特非常不穩定，容易受到其他能源的干擾或「噪音」，從而導致計算錯誤。因此，關於量子計算機競賽的目的是找到一種方法，使其大規模量產能夠趨於穩定。計算行業巨頭IBM堅信「transmon超導量子比特」是量子計算機中最有前途的產品，他們有三個量子處理器原型機，公眾可以通過雲進行訪問。

IBM的量子計算機所處的環境溫度維持在絕對零度左右

「到目前為止，已經有超過94000人通過雲訪問了IBM的量子計算機。他們進行了500多萬次實驗，寫了110篇論文。」 IBM研究院量子計算戰略和生態系統副總裁羅伯特·蘇托爾（Robert Sutor）博士說。

「人們正在學習和試驗……我們希望在三到五年內能夠找出一個具體的例子，並說明量子計算對於任何經典計算機能做的事情都有顯著改進。」但是IBM的方法要求量子計算機存儲在一個巨大冰箱里，量子比特被存儲在接近絕對零度的溫度下，以確保它們保持在可用狀態。這需要耗費大量的能量，意味著要實現量子計算機的微型化非常困難。

谷歌開發出了名為Bristlecone的72位量子比特處理器

新加坡國立大學量子技術中心首席研究員約瑟夫·菲茨西蒙斯(Joseph Fitzsimons)表示:「超導量子比特似乎將成為首批實現有用量子計算的技術之一。」但他同時指出，「然而，我感覺是它們類似於早期經典計算機中的真空管，而不是後來出現的晶體管。我們可能還會看到另一項技術出現，成為最終的贏家。」

經典計算機晶元是由硅製成的。當其他團隊正在研究如何在硅中捕獲量子比特時，微軟和哥本哈根Niels Bohr研究所的學者們正在研究一種基於所謂馬約拉納粒子(Majoranaparticles)的更穩定量子比特。

同樣，牛津大學(Oxford University)計算機科學家們正在尋找將更小量子比特計算機連接起來的方法，而不是用大量量子比特創建更大規模的計算機。

現在看，似乎有很多方法可以觸碰到薛定諤的貓的皮膚。

經典計算的潛力?

當我們等待量子計算機的時候，傳統的，或者說經典計算的未來是什麼?

今年7月份，德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)計算機科學與數學專業18歲畢業生埃文·唐(Ewin Tang)開發出一種經典的計算機演算法，在國際計算領域掀起了波瀾，這種演算法讓經典計算機幾乎可以像量子計算機一樣快速地解決問題。

該問題涉及開發一個推薦引擎，根據用戶的偏好數據有針對性地推薦產品。

德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)計算機科學與數學專業18歲畢業生埃文·唐(Ewin Tang)開發出一種經典的計算機演算法，可以讓經典計算機幾乎可以像量子計算機一樣快速地解決問題

歐盟最近宣布正在研製下一代計算機，其每秒鐘運算能力或將達到十億次。

德克薩斯大學奧斯汀分校(UT Austin)理論計算機科學家斯科特·阿隆森(Scott Aaronson)教授解釋道:「Exascale意味著每秒運算能力達到10的18次方。」

「10的18次方已經很大了。但是量子系統每秒鐘運算速度能夠達到10的1000次方，這要大得多。」

經典計算的問題是，我們已經達到了在一塊晶元上可以容納多少個晶體管的極限——例如蘋果的A11晶元就擠進了43億個晶體管。

摩爾定律——每兩年，微處理器的速度將提高一倍，耗能減半，佔用空間減半——終於要崩潰了。

量子躍遷

雖然目前所謂穩定的量產量子計算機仍然未能實現，但這項研究本身已經產生了有趣的結果。

英國皇家學會(Royal Society)研究員、蘭卡斯特大學(University of Lancaster)量子技術中心(Quantum Technology Centre)主任羅伯特·楊(Robert Young)教授表示:「如果我們沒有投資於量子計算，激發埃文·唐(Ewin Tang)靈感的量子演算法就不會存在。」

他說，量子研究已經開發出了一種將設備冷卻到低溫的新方法;此外還有基於光的晶元增強有效改善了光纖寬頻的體驗;以及片上實驗技術的發明，從而加速了疾病的診斷過程。

羅伯特教授表示:「登上月球的真正好處並不在於月球本身，而是周邊技術在登月過程中得到了發展。」例如全球定位系統(GPS)衛星導航和圓珠筆只是其中的幾個例子而已。（晗冰）

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