抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子电脑带出实验室

2020-07-11
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抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子电脑带出实验室

量子体系用于运算的想法,早在 1980 年代就由物理学家理察‧费曼(Richard Feynman)提出,然而量子电脑一直被视为如白日梦般遥不可及的未来,近几年 IBM、Google、微软(Microsoft)、Intel 等科技巨头,纷纷投入量子电脑领域后,才让量子电脑有从实验室慢慢走向一般商用领域的迹象。

摩根士丹利曾在 2016 年表示,未来十年,量子电脑将对许多产业产生重大影响,更预估高阶量子电脑运算市场,在 2025 年会达 100 亿美元价值,各家大厂磨刀霍霍投入大量资源研发,为的就是达成「量子霸权」(quantum supremacy)目标。

而目前究竟有哪些公司着墨这个领域呢?

微软

2005 年,微软当时就由数学家麦可‧弗里德曼(Michael Freedman)领军,成立研究拓朴量子运算的「Station Q」实验室,微软执行长萨蒂亚‧纳德拉(Satya Nadella)认为,量子电脑的高速运算速度可以帮助人类解决像是医疗、能源,这类传统电脑运算需要花上百万年时间才能解决的难题,研究人员能因此受惠加速开发出新材料、程式等。

去年 9 月也公布两款量子模拟器,一款可实际在一个场域运作,另一款在微软 Azure 云端平台运作,微软负责量子软体开发的资深研究员 Krysta Svore 谈到:「量子模拟器能让开发人员在实体机器尚未问世的情况下开发;量子电脑能自动建模,如果是透过传统电脑,我们不能真正了解这些流程。」

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藉由程式语言 Q#,协助开发者开发量子电脑的软体,加快量子运算走向商业化。

去年 12 月,宣布推出一款程式语言「Q#」,可以协助开发者为量子电脑开发软体,喊出要在 5 年内让量子电脑进入商业市场的目标;今年 3 月,微软研究员透过由半导体材料和超导材料製作的奈米线材,发现马约拉纳费米子(Majorana fermion)存在的证据,它是一种稳定量子讯息编码方式,微软希望在今年将费米子转化为量子,并在 5 年内提供商业使用,意味着微软在量子电脑的努力上又迈进一步。

IBM

IBM 同样在量子运算领域深耕多年,1998 年就开发出第一个量子位元,2016 年就开发出具有 5 量子位元(qubit)的量子电脑,一年多后,IBM 就宣布研发出全世界第一台 50 量子位元(qubit)的量子电脑,并在 2018 年的消费电子展(CES)正式亮相。

公开展示 50 量子位元电脑内部结构时,IBM 研究主席 Jeffery Welse 表示,目前遇到最大的挑战是温度,因为量子位元可能因噪音等干扰导致数据流失,为了将干扰降到最低,必须将处理器放在比太空还冷 250 倍的低温环境。

抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子电脑带出实验室

 当量子电脑发展到 50 量子位元(qubit)时,运算能力将会超越世界上所有电脑,就称为「量子霸权」。

Jeffery Welse 谈到,IBM 有信心十年内打造出一台具备 50 到 100 位元的量子电脑,「只需要几分钟时间,就能得到传统电脑花 5 天运算才能得到的结果。」虽然目前 IBM 量子电脑的应用大多是科学研究阶段,但 50 量子位元(qubit)的出现,也激起不少人对量子运算的期待与想像。

Google

Google 应该可说是目前这块领域跑得最快的公司了,今年 3 月 Google 量子 AI 实验室(Google Quantum AI lab)公布了具 72 量子位元(qubit)的处理器「Bristlecone」,将 IBM 先前推出 50 位元处理器远远抛在身后。

处理器「Bristlecone」之前,Google 的量子电脑产品只有 9 位元(qubit)。依据「量子霸权」需达 50 量子位元(qubit)的定义,理论上这款处理器已比量子霸权的定义更大,但错误率的稳定仍是一大关键,先前 Google 的 9 量子位元处理器有错误率 0.6% 的成绩,而这次官方并没有公布 Bristlecone 的错误率,但仍声明强调若错误率下降,将可超越目前的超级电脑,处理庞杂的运算问题,虽然目前没人能真正达到量子霸权目标,但仍对发展相当乐观。

抢夺「量子霸权」,科技巨头把量子电脑带出实验室

 Google 量子 AI 实验室公布具 72 量子位元的处理器 Bristlecone。

量子电脑要能真正商业化,必须达到 100 万量子位元以上才合格,以现阶段 72 量子位元及错误率无法降低的状况来看,量子电脑还有许多困难等待突破。

Intel

今年 CES,Intel 执行长布莱恩‧科赞奇(Brian Krzanich)展示了代号为「Tangle Lake」的 49 量子位元(qubit)的超导测试晶片。

跟先前推出 17 量子位元(qubit)的规格相比,已经取得相当大的进展,Intel 副总 Michael Mayberry 谈到,商业化是每间公司的最终目标,但至少还要 5 到 7 年才能从技术进入商品化阶段。

D-Wave

D-Wave 系统公司,是一家来自加拿大、创立于 1999 年的量子电脑公司,2011 年推出第一台商用量子电脑,但当时能解决的问题及性能相当受限。

量子电脑拥有强大的运算速度,靠的是量子叠加(superposition)、量子缠结(entanglement)两大量子特性,但 D-Wave 推出的电脑并没有发生量子缠结,于是使用一种叫「量子退火」(quantum annealing)技术,让每个量子位元和附近的量子位元相互纠缠。

D-Wave 是目前唯一正式出货量子电脑的公司,而 Google 一开始开发量子电脑时,也是使用 D-Wave 的量子电脑研究。

Rigetti

成立于 2014 年的 Rigetti,是一家量子电脑新创,目标是「打造世界最强大的电脑」,已获得超过 6,900 万美元融资,专门生产开发量子电脑的软体。

2016 年 6 月,Rigetti 推出 8 量子位元晶片,以及叫「Forest」的云端服务,让开发者可在上面写代码,模拟量子电脑运作的情况。

阿里巴巴

从 2015 年开始,阿里巴巴就开始关注量子运算领域,宣布联合中科院成立亚洲首个量子计算实验室。

匈牙利裔美国计算机科学家马里奥‧塞格德(Mario Szegedy)、密西根大学终身教授施尧耘都是阿里云量子实验室(AQL)成员,今年 5 月,团队宣布成功研发名为「太章」的量子电路模拟器,这款软体模拟器将有助加快量子电脑研发。

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