潮起量子計算

潮起量子計算

微軟公司的研發(fā)部門近日透露，微軟正大手筆投入一項討論，有望創(chuàng)造一種顛覆式的新型電腦：量子計算機。量子計算機的最大亮點在于，它能夠完成傳統(tǒng)計算機無法有效實現(xiàn)的簡單計算任務。

在近日《麻省理工科技評論》舉辦的數(shù)字化峰會上，微軟研發(fā)部的負責人PeterLee稱，量子計算機的研發(fā)堪比20世紀40年月貝爾試驗室研發(fā)世界上第一個硅晶體管的嘗試?！拔覀冋谔骄恳环N可以替代硅晶體管的設備?！?/p>

Lee透露此前微軟對量子計算機的討論特別低調，但目前特別樂觀的研發(fā)結果使得微軟打算不再諱莫如深。

如何突破傳統(tǒng)計算機中半導體芯片尺寸的極限，是21世紀的重大科學課題。當芯片元件做到納米尺寸，微觀客體的運行機制就要聽從量子力學。

這就誕生了一個革命性的設想：利用量子科學開發(fā)出新的信息處理功能，即量子計算機。

微軟公司并不試圖立馬制造出一臺量子計算機，相反，其討論的重點是研發(fā)出一版牢靠的量子比特（Qubit）――它是量子計算機的基本信息單元，而且可以使量子計算機具備遠超傳統(tǒng)計算機的數(shù)據(jù)處理速度。

傳統(tǒng)計算機使用1和0存儲信息并進行計算，而量子計算機的特別之處在于利用量子效應，達到“疊加狀態(tài)”，即可以同時處于1和0的數(shù)據(jù)狀態(tài)。兩個量子比特就能表示00、01、10、11四種狀態(tài)。

因此理論上，300個量子比特可承載的數(shù)據(jù)就能是2的300次方，對比300個傳統(tǒng)計算機的比特能夠承載的數(shù)據(jù)只有2的300倍。

這使得量子計算機在數(shù)據(jù)信息處理方面的速度讓傳統(tǒng)計算機無法企及。它將為人們在大數(shù)據(jù)、云計算等領域供應無比強大的運算工具。

科學界認為，過去十年發(fā)生在傳統(tǒng)計算機上的指數(shù)級增長的計算力量已經到了終點。

傳統(tǒng)計算機對數(shù)據(jù)的處理是串行計算，而量子計算機是并行運行，運算速度呈指數(shù)上升。并行運行有多快？量子計算機之于傳統(tǒng)電子計算機的速度，就相當于電子計算機之于算盤。

但技術層面還面臨障礙。在實際系統(tǒng)中，量子相干性很難維持。微軟的研發(fā)人員嘗試了量子比特的不同設計，但是沒有一種疊加狀態(tài)是持續(xù)穩(wěn)定的，因此制造出一臺商用的量子計算機好像還很遙遠。

微軟在不斷嘗試，包括研發(fā)出特別的工具用于量子試驗，并且把這些工具與學術界共享。這些工具包括云模擬平臺，以及用于超低溫的環(huán)境下量子硬件試驗的新型電子儀器。

除微軟之外，美國的其他科技巨頭也在發(fā)力氣子計算。

2024年，谷歌聯(lián)手美國航天局建立了一個量子人工智能試驗室，旨在利用量子計算技術推動機器學習（人工智能的核心）領域的進展。

微軟的量子計算機在美國尚未實現(xiàn)商用，但在美國近鄰加拿大，一家名為D-WaveSystems的公司卻聲稱已經出售了幾臺這樣的計算機。

D-Wave目前只有極少的客戶，其中包括美國國防承包商洛克希德?馬丁、美國宇航局，以及谷歌公司和美國情報局共同投資的量子人工智能試驗室（QuantumAILab）。

2024年它簽署了第一家客戶合同：洛克希德?馬丁支付了1000萬美元購入一臺量子計算機，用于自動檢測簡單項目遭受的軟件故障。

2024年，它以1500萬美元的價格將改良版的D-WaveII賣給了谷歌，該計算機的速度據(jù)稱比傳統(tǒng)計算機快3.55萬倍。

2024年，這家加拿大公司收到了3000萬美元――其中有來自美國中心情報局投資的In-Q-Tel以及亞馬遜創(chuàng)始人杰夫?貝索斯――用于量子計算機的研發(fā)。

D-Wave在公司網(wǎng)站上大膽預言：量子計算機可能代表的是計算力量的一場宏大革命，它能夠解決傳統(tǒng)計算機幾百年才能完成的任務，并且能夠給解碼、納米技術、醫(yī)療、人工智能等諸多領域帶來顛覆式的影響。

2024年2月17日出版的《時代周刊》，以封面文章報道了量子計算機的概念以及加拿大的這家公司。

該公司的首席執(zhí)行官VernBrownell在今年2月10日的一篇博文中稱，公司早期創(chuàng)立時就“聚焦制造技術”，這使得他們得以制造出世界上第一臺可以量產的量子計算機?！熬劢钩瑢Я孔蛹呻娐返闹圃旒夹g，對于量子計算機的硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)的建立至關重要。只需要想象一下，半導體制造技術對于傳統(tǒng)計算機的硬件和軟件的生態(tài)系統(tǒng)的重要性和必要性就可知了?！?/p>

量子計算機雖然受到了投資者的追捧，在學術界卻飽受爭議。

一些討論者指出，尚未有明確的證據(jù)表明，這種所謂的量子計算機顛覆了傳統(tǒng)計算機。

麻省理工學院的ScottAaronson教授是質疑者中的代表。他指出，量子計算機能否以更快的速度解決問題，照舊是個疑問，D-Wave公司必需證明，量子芯片能夠發(fā)揮“量子加速”的優(yōu)勢。

針對這一點，2024年6月19日發(fā)表在《科學》雜志上的一份討論報告顯示，科學家們通過在D-WaveII和傳統(tǒng)PC上運行“匹配優(yōu)化算法”，來比較兩者運算速度的差異。結果，科學家發(fā)覺“沒有證據(jù)表明，量子計算機運算速度更快”。

中國科學院院士、量子信息重點試驗室主任郭光燦接受《中國科學報》記者采訪時亦指出，量子效應持續(xù)時間極短，從一個側面說明D-Wave并不是一臺真正的量子計算機，由于它“沒有體現(xiàn)出量子計算機并行運算的優(yōu)勢”。

但是，這樣的測試可能低估了D-WaveⅡ的實力?！缎驴茖W家》（NewScientist）的一篇文章指出，許多用于測試的問題都存在一個缺陷，就是缺乏挑戰(zhàn)性，這導致D-Wave不能真正地發(fā)揮出量子優(yōu)勢。

無論D-Wave能否讓科學家們滿足，這對于吸引投資者和技術公司來說并不打緊。在許多的商業(yè)領域，計算力氣是保持競爭力的重要一環(huán)，而公司和政府部門可能有更緊迫的動機來相信量子計算機的將來。

風險投資公司DraperFisherJurvetson的合伙人SteveJurvetson就表示，“量子計算機的應用空間是無限的，包括股票交易、分子模擬、密碼破解、電子商務，還有谷歌、微軟這樣的技術公司?！?/p>

量子計算機還可能成為銀行、軍事等國家平安體系的高科技裝置。

美國已經啟動了被命名為“微型曼哈頓方案”（“二戰(zhàn)”時期研制原子彈，被稱為“曼哈頓方案”）的量子芯片討論方案，并且把半導體量子芯片科技列為將來九大戰(zhàn)略討論方案之一，而且其重要性排在其次位。

另據(jù)《華盛頓郵報》報道，從愛德華?斯諾登那里獲得的文件顯示，美國國家平安局正在打造量子計算機，用于破譯大多數(shù)類型的加密技術。

這是一個投入達7970萬美元的研發(fā)項目――“滲透高難目標”（PenetratingHardTargets），據(jù)說正在馬里蘭高校帕克分校的一個試驗室隱秘進行。

假如量子計算機真的誕生，那么它將解決這個世界上最麻煩的一些計算問題。

中科院物理討論所討論員劉伍明指出，傳統(tǒng)計算機正遇到摩爾定律的極限，而頂破天花板的正是量子計算。

“比如搜救失聯(lián)的馬航客機，它挑戰(zhàn)了人類現(xiàn)階段的力量。假如我們有一臺強大到足以處理全部海面數(shù)據(jù)和航行數(shù)據(jù)的計算機，找到MH370并非難事?！眲⑽槊鞅硎?。

量子計算機還可能解決目前軟件工程師稱之為“優(yōu)化”的問題，它是機器學習的根