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2019年量子计算大事件盘点:谷歌宣布量子霸权,IBM欲5年内实现机器商业化……

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 Evelyn Zhang • 2019-12-16 09:32:48 来源:前瞻网 E3406G1
100大行业全景图谱

量子计算机变得越来越真实和“接地气”。回顾这一年,谷歌、亚马逊、微软、Rigetti Computing和IBM等巨头都在这一领域取得了重要的进展。

量子计算

谷歌宣布“量子霸权”(quantum supremacy)成为了这一领域最热门的一大“重磅事件”。10月23日,谷歌在科学杂志《自然》(Nature)杂志上发表的一篇新文章中正式宣布,它已经取得了量子霸权。这意味着研究的全部细节是公开的,更广泛的科学界可以对其全面审查。同时,它给了漫漫探索中的人们一剂“强心针”——证明利用量子力学规则,确实能够解决当前经典计算机无法处理的复杂难题。

谷歌表示其54量子位的Sycamore处理器能够在200秒内完成计算,而世界上最强大的超级计算机需要1万年的时间才能完成。谷歌还表示,它计划通过在2020年将其量子计算机作为云计算服务提供给外部用户,这无疑是在叫板IBM。

但随后,“被打败”的IBM表示,在一个经典系统上完成同样的任务只需2.5天,而不是谷歌所说的1万年。IBM表示,在估计其传统超级计算机执行计算所需的时间时,谷歌“未能充分考虑足够的磁盘存储空间”。

Forrester分析师布莱恩·霍普金斯(Brian Hopkins)表示:“我们将周期放得很长。我们将有很多黑暗的时代,在很长一段时间内什么都不会发生。”“有一天,新事物将真正改变世界。”

更多的量子比特,更多的量子计算服务

在2019年的发展中,除了谷歌宣布量子霸权,还有这些重要的进展值得关注:

IBM推出了其可供外部使用的最大通用量子计算机,该模型具有53量子比特(qubits),构成了系统核心基本数据处理元件。IBM表示,基于该系统,有望通过称为“量子体积”(quantum volume)的度量来实现指数增长,该度量可跟踪总体量子计算能力。这台53量子位的量子计算机引入了许多新技术,能够助力IBM在云计算部署层面推出更大、更可靠的系统,它能够让定制电子产品变得更紧凑,并且能够改善缩放比例、降低错误率。IBM全球副总裁Norishige Morimoto表示,IBM将在五年内将量子计算机商业化。

本月初的AWS re:Invent全球大会上,亚马逊云计算与服务部门AWS推出了一个以研究人员为中心的量子计算服务,称为Braket。该名称来自表示Brabit的表示法系统,该系统表示qubit值。Amazon Braket(今天发布预览版)是一项全新的、完全托管的AWS服务,让科学家、研究人员和开发者能够在一个地方开始试验来自量子硬件提供商(包括D-Wave、IonQ和 Rigetti)的计算机。

这也是该公司首次进入量子计算领域。具体而言,AWS并没有建立自己的量子电脑,而是成立了AWS量子计算中心(AWS Center for Quantum Computing),加速开发量子计算技术和应用;新成立亚马逊量子解决方案实验室(AWS Quantum Solutions Lab),将客户与来自AWS、学术界和行业合作伙伴的量子计算专家联系起来进行协作,试验和开发量子应用。参与亚马逊量子解决方案实验室的AWS合作伙伴网络(APN)成员包括:1Qbit、Rahko、Rigetti、QCWare、QSimulate、Xanadu和Zapata。

Rigetti Computing的量子计算机与IonQ和D-Wave的量子计算机一起加入了亚马逊Braket服务,该公司推出了32 qubit的计算机,并计划推出128 qubit的量子计算机。“我们的128-qubit芯片采用新的外形尺寸开发,有助于快速扩展。由于我们的内部设计、工厂、软件和应用程序团队紧密合作,我们能够快速迭代和部署新系统。”

微软表示,几乎已经准备好基于“拓扑量子位”(topological qubit)的技术,来增强其量子计算技术,为量子计算机夯实基础。该方法希望它能够避免由于量子位引起的错误导致的不稳定性而导致的许多问题。它还启动了“Azure Quantum”云计算服务,使人们可以在不久的将来通过云计算平台访问量子计算机。2019年2月,微软推出了微软量子网络(一个致力于量子应用和硬件的机构和个人网络)。今年5月,微软表示其量子开发套件已被下载100,000次,并且它将开源其Q#语言,编译器和量子模拟器。与竞争对手IBM和谷歌不谋而合的是,微软高管表示,开发人员和企业应该开始着手使用量子算法和硬件,以帮助业界更好地了解该技术的优势。“我们需要的是一个全球性社区。”

近日,英特尔宣布了一种名为“Horse Ridge”的量子计算控制器芯片,旨在缩小和简化与容纳量子位的量子处理器进行通信所需的硬件。该芯片的设计原理是将所有由电线完成的工作放在芯片里,把外接部分压缩成一个茶杯碟大小(替代那些密密麻麻线路)。英特尔表示,他们的芯片可以放置在量子冰箱内,希望该芯片将使其量子计算机在未来的生产中更加实用。

AT&T开始研究量子网络(quantum networking):一种比量子计算更加困难的技术。AT&T预计不会很快将这项技术推向市场。相反,它正试图找出可行的方法,并通过名为智能量子网络和技术(INQNET)的合作伙伴关系使其更接近商业现实。这项工作涉及加州理工学院、斯坦福、美国国家实验室、初创企业、军队和其他机构的研究人员。

今年,东芝宣布与美国开发商Quantum Xchange合作,将其量子密钥分配光网络Phio的容量翻倍。目前,Phio项目活跃于纽约市的一些银行和资产管理公司,帮助客户移动数据并保持安全。

1月,空客公司开展了针对各种飞机设计和操作问题的量子计算驱动解决方案竞赛,相关问题包括翼盒设计优化,计算流体动力学以及使飞机爬升路线更加省油。

5月,霍尼韦尔首席执行官Darius Adamczyk宣布该公司的技术达到了“创纪录的高保真量子操作”,并预计今年年底该项目将开始创造收入。霍尼韦尔的主要研究焦点是一种被称为“离子阱”的量子技术 ,它利用电磁场将离子悬浮在空间中,并通过“陷阱”中的那些离子的运动来传输信息。

8月,中国学者研发出具有20个超导量子比特的量子芯片,成功实现全局纠缠。这款芯片由浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等机构组成的联合团队开发。

9月,SK电讯宣布他们与ID Quantique和诺基亚之间的合作伙伴关系已经成功开发了IDQ的QKD与诺基亚光传输系统之间的互操作。

量子计算时代的曙光

量子计算仍然是一个高度实验性的领域,受限于超小型计算机的困难物理特性,也受限于将机器冷却到绝对零度,以防止外界干扰计算的难度。但是,如果工程师和科学家能够继续这一进展,量子计算机将有助于解决在当今经典计算机上实际上不可能解决的计算问题。

传统计算机机制涵盖了从智能手表到超级计算机的所有内容,通常将数据存储为代表1或0。量子计算机则使用一种称为qubit的不同方法,通过一个称为叠加的概念存储两者的组合。另一个因素是纠缠,它可以连接两个分开的量子比特状态。

这就可以链接多个量子位的状态,从而使量子计算机可以一次探索许多可能的解决方案。每增加一个新的量子位,量子计算机就可以探索两倍数量的可能解决方案,而传统计算机则无法实现成倍的增长。

但是,量子计算机是挑剔的。很难使量子位保持足够长的时间来得出有用的结果。与量子位通信的行为会干扰它们。工程师希望加入纠错技术,以便量子计算机可以解决更广泛的问题。

很多人是量子计算的怀疑论者。甚至对此技术的某些支持者都承认,我们距离高性能量子计算机还非常遥远。但是,量子计算已经是一门真正的生意。三星、戴姆勒、本田、摩根大通和巴克莱都是量子计算的客户。华为、阿里巴巴、百度、英国电信等全球高科技公司,都为量子计算机研发投入了大量研究力量。

据咨询公司德勤(Deloitte)的预测,到2020年,量子计算机上的支出将达到数亿美元,到2030年代将达到数百亿美元。中国、欧洲、美国和日本已将数十亿美元投入到投资计划中。福特和微软表示,适用于传统计算机的量子计算机的流量仿真技术已经显示出实用性。

全球知名创投研究机构CBinsights今年发布的《20家布局量子计算的科技巨头》(20 Corporations Working On Quantum Computing)报告中,还盘点了世界上投资研发量子计算技术的20家科技公司,以及其研发目标。

量子计算机将扮演什么角色?

目前,量子计算机主要用于研究。但是,具有主流结果的应用程序可能会问世。量子计算机的强大功能,有望通过提供对分子物理学的见解来创建新材料、新药物等等。量子计算机还可以通过处理大量可能采取的措施的情况下的数字来帮助进一步优化金融投资、交付路线和航班。

它们也将用于破解当今的加密密钥机制。适用于量子计算未来的新密码学已经在逐渐建立和成形。

另一个有希望的应用是AI,虽然这上面要花的时间比较多,可能得等上好几年才会有更值得一提的案例出现。

“最终,我们将能够彻底改造机器学习,” Forrester分析师布莱恩·霍普金斯(Brian Hopkins)称。但是,到2019年为止,量子计算将需要多年的稳定工作。“变革性的收益是真实的和巨大的,但与现实相比,它们仍然具有更多的科幻和理论意义。”

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