量子計算突破傳統(tǒng)計算“禁區(qū)” 商業(yè)化落地需要十年

• 2018年5月31日 ZhouXun來源：第一財經(jīng) 827 50
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  2018-2023年中國量子計算機(jī)行業(yè)市場深度調(diào)研與投資風(fēng)險預(yù)測報告

  量子計算機(jī)，早先由理查德?費(fèi)曼提出，一開始是從物理現(xiàn)象的模擬而來的。如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計算機(jī)來模擬量子現(xiàn)象，則運(yùn)算時間可大幅度減少。量子計算機(jī)的概念從此誕生?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展...

作為下一次技術(shù)革命的核心，量子計算的能力被認(rèn)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過超級計算機(jī)。

比“超級計算機(jī)”還快的是什么?

在諸多新技術(shù)里，量子計算顯然是一個有力的競爭者。

“我們的投入僅僅是一個開始，未來還需要上億美元的投入?！庇⑻貭柟靖呒壐笨偛?、首席技術(shù)官兼英特爾研究院院長MichaelMayberry30日在接受第一財經(jīng)記者采訪時表示，目前量子計算仍處于馬拉松跑步的第一英里，真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化使用還需要十年時間。

但這并不影響全球的科技巨頭對量子計算做巨大的投入，作為下一次技術(shù)革命的核心，量子計算的能力被認(rèn)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過超級計算機(jī)。

美國加州理工學(xué)院物理學(xué)家約翰·普瑞斯基爾則指出，目前超級計算機(jī)系統(tǒng)能完成5到20個量子比特的量子計算機(jī)所做的事情，但達(dá)到超過49個量子比特后，量子計算機(jī)的能力就顯現(xiàn)出來。簡單來說，傳統(tǒng)計算幾十年才能解決的數(shù)據(jù)問題，量子計算可能只需要1秒就可以搞定。

在今年的美國CES展上，英特爾CEO科再奇正式對外展示了量子計算的進(jìn)展，宣布了向合作伙伴交付首個49量子位量子計算測試芯片，這距離該公司去年10月交付17量子位超導(dǎo)測試芯片僅過去約3個月。

“目前英特爾仍然對該產(chǎn)品做特性方面的測試，希望提升第二版本的性能，而在下半年會看到這方面的最新進(jìn)展?！盡ichaelMayberry對記者表示，英特爾對該技術(shù)的研發(fā)并不癡迷于“數(shù)量的糾錯”，而是對量子位的糾錯非?？粗?，在上面能做什么樣的操作以及操作的穩(wěn)定性，比如藥物開發(fā)、金融建模和天氣預(yù)報等。

突破傳統(tǒng)計算“禁區(qū)”

當(dāng)你測量一個微小的電子時，就會影響到遠(yuǎn)處另一個電子的狀態(tài)，愛因斯坦把量子的糾纏和疊加稱作“鬼魅般的超距作用”。即使對世界上最聰明的人來說，量子力學(xué)看起來也像魔法一樣。

量子計算可以帶來極高的計算速度、非常靈敏的探測器，并且能創(chuàng)建牢不可破的加密功能來保護(hù)重要的數(shù)字信息。MichaelMayberry對記者表示，量子計算是一種令人興奮的全新計算模式，它不同于當(dāng)前數(shù)據(jù)中心、云環(huán)境、PC和其他設(shè)備中的數(shù)字計算。數(shù)字計算需要把數(shù)據(jù)編碼為二進(jìn)制數(shù)字(比特位)，每個比特位處于兩個確定狀態(tài)中的一個(0或1)。然而，量子計算使用量子位，后者可以同時處于多個狀態(tài)。因此，量子位上的操作可以實(shí)現(xiàn)并行的大量計算。

從本質(zhì)上說，量子計算就是并行計算的終極目標(biāo)，有攻克傳統(tǒng)計算機(jī)無解難題的巨大潛力。例如，量子計算機(jī)可以模擬自然環(huán)境來推進(jìn)化學(xué)、材料科學(xué)和分子建模等領(lǐng)域的科研工作。

“量子計算機(jī)的強(qiáng)大功能可以真正應(yīng)對我們想要理解的分子或材料的復(fù)雜性?！盡ichaelMayberry對記者說。

為了釋放量子計算的潛力，英特爾在2015年啟動了一個合作研究項目，其目標(biāo)是開發(fā)商業(yè)上可行的量子計算系統(tǒng)。

雖然已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展，但是量子計算研究仍然處于萌芽階段。例如，現(xiàn)在還不清楚量子處理器(或量子位)會采用哪種形式。這就是為何英特爾要押注幾個方向，并對它們同等投資。

其中的一種可能的形式是超導(dǎo)量子位，英特爾在開發(fā)這類測試芯片中取得快速進(jìn)展，行業(yè)和學(xué)術(shù)界的其他廠商和機(jī)構(gòu)也在追求這種方案?；谧陨淼墓杈w管制造專長，英特爾還在研究另一種替代結(jié)構(gòu)。這種替代架構(gòu)被稱作“自旋量子位”，其在硅片上運(yùn)行，可以克服一些量子計算從研究到實(shí)用的障礙。

“我們作為從事技術(shù)研究方面的人員來說，一個非常重要的職責(zé)就是對技術(shù)的未來發(fā)展方向做判斷和展望，所以在英特爾作為一家公司決定大舉投入前沿技術(shù)之前，我們從研究者角度來說已經(jīng)找到了一些我們認(rèn)為值得投資的方向，比如說人工智能、無人駕駛，當(dāng)然我們作為研究人員有的時候可能在方向性的預(yù)判上發(fā)生一些偏差，但是我認(rèn)為即便可能會有這種判斷上的失誤，但這種風(fēng)險還是非常值得去冒的。尤其當(dāng)我們所做的技術(shù)前沿判斷和整個公司發(fā)展方向相吻合，得到公司全局支持的時候還是感到非常欣慰?！盡ichaelMayberry對記者表示。

他表示，從研究角度來說，研發(fā)人員會對于可能要考慮的項目做一個評判，基本上四個潛在項目里最后會選一個來做，是四分之一的比例。如果這四分之一的比例被驗證是有價值的，后續(xù)的開發(fā)公司會跟上。

商業(yè)化落地需要十年

從美國到歐洲、從頂尖科研機(jī)構(gòu)到科技企業(yè)巨頭，圍繞量子技術(shù)的攻關(guān)已全面展開，量子革命引發(fā)的新一輪科技競賽如火如荼。

比如，Google在2017年4月份宣布推出49量子位處理器。Google首席科學(xué)家JohnMartinis曾公開表示：為率先登頂“量子霸權(quán)”，他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊正在利用49量子比特模擬系統(tǒng)攻克經(jīng)典計算機(jī)無法解出的難題。

而半年后，美國IBM公司卻搶先一步宣布成功研制20量子位的處理器，推出50量子比特的所謂“量子計算原型機(jī)”，有望在2021年前推出首個在金融領(lǐng)域的量子計算應(yīng)用。這無疑是對Google的“量子霸權(quán)”算法提出挑戰(zhàn)。另一方面，IBM至今未公布“量子計算原型機(jī)”的詳細(xì)性能和測試結(jié)果。

隨后微軟也推出了其通用量子計算研發(fā)計劃以及全棧開發(fā)和模擬器，雖然還未公開展示硬件設(shè)備。IonQ、QuantumCircuits等企業(yè)和日本理化研究所(RIKEN)也進(jìn)行著投資硬件開發(fā)，不過它們尚未宣布研發(fā)成果。

而政府方面的投資更是不斷加大。

美國在理論方面推進(jìn)量子信息科技學(xué)科建設(shè)，在應(yīng)用技術(shù)方面研發(fā)高性能計算系統(tǒng)。目前，這兩項工作都被提升到國家戰(zhàn)略層面，政府投資每年達(dá)到3.5億美元。

面對全球企業(yè)以及政府對于量子計算的投資熱潮，MichaelMayberry對第一財經(jīng)記者表示，量子計算更像是一場馬拉松賽跑，現(xiàn)在仍處于第一英里的階段，不管大家的方向如何，最終的目的地是一樣的，而目前英特爾并不癡迷于糾結(jié)數(shù)量的問題，從17到49，英特爾還是看重糾錯能力。他表示，英特爾未來的投資將在數(shù)億美元的規(guī)模，而這僅僅只是一家公司的投入。

“我們的看法是量子計算真正地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的使用還需要有十年時間，所以我們還有很長的路要走，這個十年愿景目前離我們還挺遠(yuǎn)。但可以先把量子計算用來解決常規(guī)計算很難以解決的問題，這一類的問題如果部分得到解決，會給我們整個世界帶來巨大的改變。比如說我們或許可以使用量子計算開發(fā)出一種催化劑，這種催化劑能夠改變汽車使用的燃油結(jié)構(gòu)或者它能夠捕捉空氣中的二氧化碳，如果能夠做到這一點(diǎn)將對氣候變化的大難題帶來革命性改變?！盡ichaelMayberry說。

他認(rèn)為挑戰(zhàn)主要來自于四個方面?！暗谝粋€是不管Qubit做得有多好，我們都認(rèn)為它還是不足以好到完美，所以我們需要有糾錯方面的工作來完成，以確保Qubit有足夠長的生命期，長到它能夠完成一些有意義的算法或者說是計算。第二個是我們需要有在本地的對Qubit的控制，而不是這個控制是通過長長的纜線遙遠(yuǎn)地加以控制，我們需要的是在本地加以控制。第三個是指在路徑上的安排，我們怎么能夠把這些Qubit真正地放到一個物理的Qubit系統(tǒng)當(dāng)中，怎么給它把路由做出來，做一個算法，有時候是直著走，有時候是要跳轉(zhuǎn)著做。第四個是在Qubit之間的連接，因為需要把Qubit能夠連接起來形成一個比較有規(guī)模的大的系統(tǒng)?，F(xiàn)在我們有可能會有幾千個Qubit，但是怎么能夠把這幾千個Qubit連接起來是一個很大的挑戰(zhàn)。所以我說有這四個技術(shù)挑戰(zhàn)。”MichaelMayberry說。

“我們的終極目標(biāo)是制造一個商用量子計算機(jī)，政府以及各行各業(yè)可用它來應(yīng)對大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)?！庇⑻貭柎饲霸诮o第一財經(jīng)的回復(fù)中提到，量子計算距離解決工程規(guī)模的問題可能還需要5~7年。而從商業(yè)角度看，量子計算可能需要100萬甚至更多的量子位才能有實(shí)用價值。

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