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未来之争:量子计算争夺战

编者按:本文来自微信公众号“鹿鸣财经”(ID:luminglab),作者:王杨森,编辑:陈兰,36氪经授权发布。

这场量子计算的全球争夺战,并不仅仅只是真正意义上的战争,其实本质上更像一场长跑马拉松。

2016年4月,一段加拿大总理特鲁多讲解量子计算的视频在Youtube上流传开来,仅一周时间,观看人数就超过了200万。人们在观看特鲁多讲解的同时,心理不仅仅生出了一个:“量子计算究竟是什么?”

对于很多人来说,量子计算和人工智能一样,一直是个未来的科技,是因为这种类型的科技都是很早就被提出来,也一直在研究,但是到最后离实现目标始终差十年。对于我们普通人来说,幸好量子计算一直“停在未来”,这样一方面我们可以饶有兴致地欣赏巨头们在跑步机上的一路狂奔,另一方面又不必担忧量子计算真的会对自己职业造成什么冲击。

然而最近几年以来,我们已经开始听到火山爆发前岩层的积压破碎之声。IBM、Google 先后宣布了量子计算机的进展,越来越多的学者宣称说量子计算机即将成为现实。根据现在的进展,我们可以肯定地说,当21世纪结束的时候,本世纪将会被归纳为“量子计算”的世纪。

但问题在于,奔跑的巨头里,谁可以成为量子计算领域的国王?谁又可以引领全球科技企业开启量子计算的时代?

“领头羊”谷歌

前不久,谷歌的一篇论文被发表在《自然》杂志150周年纪念特刊上。根据该文章,谷歌的53位量子计算机Sycamore可以在200秒内完成世界上最快的超级计算机IBM Summit需要10,000年才能完成的计算。借助Sycamore,Google声称已经实现了量子优越性。

莱特兄弟发明飞机用了7年,而谷歌取得这一成就则花费了13年之久。

未来之争:量子计算争夺战

2006年,谷歌科学家Hartmut Neven开始探索量子计算如何帮助机器加快学习,其实也就是如何将量子计算与AI结合。这项工作直接促进了谷歌AI量子团队的成立。

2014年,美国物理学会院士John Martinis加入这个团队,之后越来越多的量子计算人才加入谷歌,其中包括量子计算领域首席科学家Sergio Boixo,也正是这个团队帮助谷歌实现了量子优越性。

与传统计算相比,量子计算所依赖的量子比特突破了二进制(0或1)的限制,它借助了量子之间的叠加和纠缠使计算空间指数级增加,但是难度就在于我们能够使用多少量子来进行量子叠加和纠缠。

但是在Google庆祝突破之际,包括Intel和IBM在内的竞争对手都对该声明表示怀疑。

英特尔在一份声明中表示,量子计算从现有研究突破到实际应用需要相当长时间;以太坊创始人也在谷歌宣布实现了量子优越性之后说到:“谷歌这次只是证明了量子计算是可以实现的,就如同可控的核聚变一样。”

另外,德国弗劳恩霍夫协会量子计算研究项目主管托尔斯滕·西伯特认为“量子计算研究只有与传统计算形成协作互补关系,才更可能取得进展”。

对谷歌发出质疑的企业中,要数IBM的声音最大。

IBM直言不讳地说:根据量子优越性是指超越所有传统计算机的计算能力的严格定义来说,谷歌实现量子优越性的目标并没有实现。

未来之争:量子计算争夺战

IBM还发布了一篇文章说谷歌所谓的传统计算机需要一万年才能完成的说法是错误的,因为IBM推演过后发现只需要2.5天,它还在文中写到“谷歌加剧了对量子技术目前状态的过度炒作”。

但是尽管业内质疑声不断,《纽约时报》还是将谷歌这次获得的研究成功与莱特兄弟的飞机首飞所取得的成就相提并论。

谷歌也提出了自己的反驳IBM的观点,他们认为他们这次所取得的成就本质上和首架火箭飞往太空的意义是一样的,虽然没有现实的应用,但是他们为世界证明了量子计算是可行的。这就和人类在月球上踏出的第一步一样,这也是人类在量子计算领域成功踏出的第一步。

而对于IBM来说,他们追赶谷歌的脚步从未停歇。

奋起直追的IBM

作为全球最大的信息技术公司,IBM当然不会放过量子计算这个充满无限可能的领域。

IBM早在1981年就踏上了征服量子计算的的征程。

1981年,麻省理工学院和IBM赞助了一场会议,在这场会议上,Richard Feynman首次提出了量子计算的概念。他认为用量子效应进行计算是有意义的,并且量子计算可以适用于化学模拟。

正是因为这个概念,量子力学和计算机科学开始真正碰撞起来。

90年代,在IBM工作的物理学家David Divincenzo提出了一套建造量子计算机所需要的五个标准,并利用离子阱技术建立了IBM的第一个7位量子比特系统,这证明了量子计算机是可行的,虽然不是特别实用,但是依然证明了量子计算是可以在现实世界中的系统上进行计算的。

未来之争:量子计算争夺战

2016年,IBM构建了IBM 5量子比特原型机,并将其置于“云”中,IBM的战略是将量子计算从少数组织进行的孤立实验室中转移到成千上万的感兴趣的用户手中。为了给予对量子计算充满热情的教育者,研究人员和软件开发人员更多的资源,IBM还建立了多代量子处理器平台,并将其集成到高可用性量子系统中。

今年初,IBM推出了世界上第一台商业量子计算机,代号为IBM Q System One,是一台20量子位计算机。

接着,IBM在今年9月宣布在纽约开设IBM量子计算中心,其中有5个20量子位系统和一台53量子位系统已经启动运行,IBM表示,后者将成为“业内最大的可用于外部访问的通用量子系统。”

未来之争:量子计算争夺战

到目前为止,包括53量子位系统在内的IBM商用量子计算机机队已经达到了14台。

量子行业观察家,研究与技术副总裁兼Hyperion Research首席量子计算分析师Bob Sorensen说:“IBM展示了如何为商业领域开发量子计算机的例子,并且正在努力不断推出技术方面的有形收益。但是,也许更重要的是IBM最近宣布,该公司将与德国弗劳恩霍夫协会(Fraunhofer Society)为期两年的合作,在德国的一个工厂中安装Q System One量子计算机,以围绕该系统建立一个研究部门。对我而言,这笔交易证实了IBM不仅在构建系统,而且想吸引客户,IBM还在努力建立一个涵盖硬件,软件,应用程序和实际使用案例的完整QC生态系统。”

量子计算吸引着全球的科技巨头,我国的科技企业自然不会例外。

量子计算在中国

2016年,我国将量子计算在“十三五”计划中规划为具有战略重要性的领域。

同年8月,我国从戈壁沙漠的发射台向太空发射了第一颗量子卫星Micius。它在500公里的高空环绕地球,这次发射是一个强烈的意图信号–是量子计算竞赛起跑的起步枪。

在过去的几年中,我国研究人员在基础研究和量子技术(包括量子密码学,通信和计算)的发展方面取得了持续不断的进步,并在量子雷达,传感,成像方面取得了进展报告,计量和导航。

而且近年来,一些我国的科技企业也加入了量子计算的淘金热之中。

阿里、腾讯、百度、华为近年来先后布局量子计算,阿里和中科大联合发布了量子计算云平台,在去年推出了量子模拟器“太章”;腾讯在量子AI、药物研发等领域展开了研究;百度也在去年成立了量子计算研究所;华为在去年也发布了HIQ量子云平台,并在今年推出了“昆仑”量子计算模拟一体机;今年,中国科学家团队合作开发了具备20个量子比特纠缠的芯片,并实现全局纠缠,文章已经发表在美国《科学》杂志上,刷新了固态量子器件中生出纠缠态的量子比特数目的世界记录。

未来之争:量子计算争夺战

自然,有人的地方就是江湖,在江湖上必有争斗存在,阿里和华为已经开始交锋。今年9月,华为连接大会和阿里云栖大会分别在杭州和深圳召开,这两场大会的焦点都在“算力”上面,而“算力”的突破就在于能否掌握量子计算,不论是华为强调的“连接”,还是阿里的“数据”,他们都需要突破传统计算来获得更加强大的“算力”。毫不客气地说,谁能拥有最先进的量子计算,谁就能掌握对方的“生杀大权”。

但是,虽然我国科技企业也已经开始布局量子计算,但是相对起步时间较晚,导致了与全球其他科技巨头之间的差距较大。在量子发展上仍落后美国三到五年。例如我国研究人员研究的20个量子位的芯片,而Google设计的Sycamore量子芯片可存储54量子位。

目前,我国正在建立世界上最大的量子研究机构,即安徽省合肥市的量子信息科学国家实验室,以帮助科学家建造更好的量子机器,耗资100亿美元。

量子计算领域是一个涉及数学、物理学、计算机科学、自动化等多个领域的交叉学科,这样的学科肯定是需要巨大的资金投入,人员投入的。它就像是一只会下金蛋的母鸡,不仅提升了人们对于微观世界的认识和微观物质的操控能力,还促进了计算机理论,数学,自动化控制等多个领域的发展。

不管是谷歌的量子优越性,还是IBM的量子计算机,他们都证明了量子计算是可行的,它就是计算领域的飞机,将带领着人们飞到更高的天空。

从人类科学的近代历史来看,牛顿力学完善了现代科学的基础,第一、二次产业革命都是基于牛顿力学开始的,我们可以称牛顿力学为第一次科学革命。

量子力学就是人类科学的第二次科学革命,同时也催生了第三次产业革命,也可以称为信息技术革命,一直延续至今。

这场量子计算的全球争夺战,并不仅仅只是真正意义上的战争,其实本质上更像一场长跑马拉松,谁能坚持下去摘得桂冠,让我们拭目以待。

封面图来自pexels

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