量子計算時代來襲 谷歌微軟IBM誰能拔得頭籌？

（原標題：The race to make the world's most powerful computer ever）

9月7日消息，據(jù)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。相比于世界上現(xiàn)有的計算機，量子計算機能夠以更快的速度解決極其復雜的計算問題。但目前還沒有就開發(fā)量子計算機的最佳方式達成一致。最終誰將贏得這場比賽?

圖示：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制，破解最復雜的密碼安全系統(tǒng)，設計新材料，模擬氣候變化，以及實現(xiàn)超級人工智能。但目前業(yè)內(nèi)還沒有就如何研發(fā)量子計算機達成共識，對于其將如何用于大眾市場也尚未統(tǒng)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(fā)四種非常不同類型的量子計算機，這些計算機分別是基于光粒子、俘獲離子、超導量子比特或鉆石中的氮空位中心。

圖示：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(lǐng)域的領(lǐng)先者。然而每種方法都有其優(yōu)缺點，但最大的挑戰(zhàn)是量子本身的脆弱性。

什么是量子計算?

經(jīng)典計算機采用比特在長序列中表示開或關(guān)的狀態(tài)，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于兩種狀態(tài)——這種現(xiàn)象稱之為疊加態(tài)。因此，基于量子比特的計算機可以比經(jīng)典計算機以更快的速度完成更多計算。

“如果你有一臺雙量子比特的計算機，再添加兩個量子比特，它就變成了一臺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(shù)方式增加?！甭槭±砉W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復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?qū)崿F(xiàn)經(jīng)典計算機永遠無法做到的邏輯飛躍。

尋求穩(wěn)定

但是，量子比特非常不穩(wěn)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(guān)于量子計算機競賽的目的是找到一種方法，使其大規(guī)模量產(chǎn)能夠趨于穩(wěn)定。計算行業(yè)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(chǎn)品，他們有三個量子處理器原型機，公眾可以通過云進行訪問。

圖示：IBM的量子計算機所處的環(huán)境溫度維持在絕對零度左右。

“到目前為止，已經(jīng)有超過94000人通過云訪問了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(zhàn)略和生態(tài)系統(tǒng)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(nèi)能夠找出一個具體的例子，并說明量子計算對于任何經(jīng)典計算機能做的事情都有顯著改進?！钡荌BM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(tài)。這需要耗費大量的能量，意味著要實現(xiàn)量子計算機的微型化非常困難。

圖示：谷歌開發(fā)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(shù)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(xiàn)有用量子計算的技術(shù)之一?！钡瑫r指出，“然而，我感覺是它們類似于早期經(jīng)典計算機中的真空管，而不是后來出現(xiàn)的晶體管。我們可能還會看到另一項技術(shù)出現(xiàn)，成為最終的贏家?！?/p>

經(jīng)典計算機芯片是由硅制成的。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于所謂馬約拉納粒子(Majoranaparticles)的更穩(wěn)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(chuàng)建更大規(guī)模的計算機。

現(xiàn)在看，似乎有很多方法可以觸碰到薛定諤的貓的皮膚。

經(jīng)典計算的潛力?

當我們等待量子計算機的時候，傳統(tǒng)的，或者說經(jīng)典計算的未來是什么?

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(shù)學專業(yè)18歲畢業(yè)生埃文·唐(Ewin Tang)開發(fā)出一種經(jīng)典的計算機算法，在國際計算領(lǐng)域掀起了波瀾，這種算法讓經(jīng)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(fā)一個推薦引擎，根據(jù)用戶的偏好數(shù)據(jù)有針對性地推薦產(chǎn)品。

圖示：德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)計算機科學與數(shù)學專業(yè)18歲畢業(yè)生埃文·唐(Ewin Tang)開發(fā)出一種經(jīng)典的計算機算法，可以讓經(jīng)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制下一代計算機，其每秒鐘運算能力或?qū)⑦_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?！?/p>

“10的18次方已經(jīng)很大了。但是量子系統(tǒng)每秒鐘運算速度能夠達到10的1000次方，這要大得多?！?/p>

經(jīng)典計算的問題是，我們已經(jīng)達到了在一塊芯片上可以容納多少個晶體管的極限——例如蘋果的A11芯片就擠進了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，占用空間減半——終于要崩潰了。

量子躍遷

雖然目前所謂穩(wěn)定的量產(chǎn)量子計算機仍然未能實現(xiàn)，但這項研究本身已經(jīng)產(chǎn)生了有趣的結(jié)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(shù)中心(Quantum Technology Centre)主任羅伯特?楊(Robert Young)教授表示:“如果我們沒有投資于量子計算，激發(fā)埃文·唐(Ewin Tang)靈感的量子算法就不會存在。”

他說，量子研究已經(jīng)開發(fā)出了一種將設備冷卻到低溫的新方法;此外還有基于光的芯片增強有效改善了光纖寬帶的體驗;以及片上實驗技術(shù)的發(fā)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并不在于月球本身，而是周邊技術(shù)在登月過程中得到了發(fā)展?！崩缛蚨ㄎ幌到y(tǒng)(GPS)衛(wèi)星導航和圓珠筆只是其中的幾個例子而已。（晗冰）

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