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量子計算雖好 成熟商用仍需10年?

2021年7月20日 07:40  《IT時報》公眾號vittimes  

原標題:量子計算雖好,成熟商用仍需10年?

30秒快讀

1、量子計算機不會像手機一樣人手一臺,進入每個家庭。加拿大量子計算企業(yè)D-Wave的一臺量子計算退火機售價在1000萬~1500萬美元間。

2、量子計算機計算時需要處于低溫環(huán)境,豪K級。而1K溫度相當于零下272攝氏度。

3、目前90%以上的應用場景仍需依靠傳統(tǒng)計算機芯片,而量子芯片只能解決應用場景中1%~2%的難題。

5G時代,萬物互聯(lián),數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長。圖靈量子創(chuàng)始人金賢敏表示,未來數(shù)據(jù)爆炸,每年新增數(shù)據(jù)的量將是過往數(shù)據(jù)的總和。

在華為量子計算軟件與算法首席科學家翁文康看來,當晶體管元件大小在原子大小10倍時,電子將變得不穩(wěn)定,無法形成宏觀物理世界的0與1的信號。但也正是量子隧穿效應的產生,讓粒子呈現(xiàn)量子疊加態(tài),使量子計算成為可能。

金賢敏告訴《IT時報》記者,當摩爾定律終結,傳統(tǒng)算力的提升無法再靠芯片尺寸支撐時,量子計算、光子計算會成為后摩爾時代突破算力的重要手段。

01、距離成熟至少10年

由于量子具有疊加態(tài),能同時以0和1的狀態(tài)進行運算,因此N個量子的算力是傳統(tǒng)計算機2的N次方倍。

翁文康在世界人工智能大會量子計算及光子芯片論壇演講中指出,量子計算將帶來指數(shù)級增長的計算空間,1塊指甲大小的超導處理器,可以帶有50+量子比特 (100納米),超越所有經典計算機的記憶體容量。

不過,不同于傳統(tǒng)計算機輸出的是一個精確結果,量子計算機輸出的是概率。而人工智能也通過數(shù)據(jù)歸類后產出的概率結果。因此,國防科技大學研究院吳俊杰認為,量子計算更適合人工智能的應用。

今年6月底,中科大潘建偉團隊發(fā)表論文稱,56個量子比特的超導量子計算原型機“祖沖之號”能將超級計算機需8年完成的任務樣本壓縮至最短1.2個小時,而在去年年底,潘建偉團隊宣告成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”,在全球范圍首次實現(xiàn)光量子計算的“量子優(yōu)越性”。但目前量子計算仍處于實驗室研發(fā)狀態(tài),只能完成特定的任務。

那么,我們距離量子計算商用化還需等待多久?金賢敏認為,實現(xiàn)通用量子計算機有三個前提——百萬量子比特的操縱能力、極低溫環(huán)境、高集成度。

翁文康判斷,在量子系統(tǒng)仿真、量子化學、組合優(yōu)化、機器學習等領域的“專用”量子計算機預計成熟期為3~5年,而在大數(shù)分解、數(shù)據(jù)庫搜索、量子動力學、量子人工智能等領域“通用”量子計算機預計成熟期可能需要10年甚至更久。

02、量子計算機無法民用

“量子計算機不會像手機一樣人手一臺,進入每個家庭!敝袊茖W院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員尤立星直言,量子計算主要會運用于國家、政府層面。

這背后是高昂的成本。

《IT時報》記者注意到,加拿大量子計算企業(yè)D-Wave的一臺量子計算退火機售價在1000萬~1500萬美元間。

尤立星表示,由于量子疊加態(tài)很脆弱,溫度一高容易產生“量子噪聲”,會影響計算準確度,因此無論是光子、超導、離子形式的量子計算機,計算時都需要處于低溫環(huán)境,“在豪K級”。而1K溫度相當于零下272攝氏度。

為了滿足豪K環(huán)境,量子計算機需要配置“冰箱”,即稀釋制冷機。尤立星透漏,一臺“冰箱”的價格至少兩三百萬,而九章量子計算原型機便配備了7臺。

與此同時,要將計算結果傳輸?shù)绞覝丨h(huán)境還需要配備特殊的數(shù)據(jù)線,一根單價在1萬元左右,而一臺計算機配備100跟數(shù)據(jù)線意味著100萬元的支出。

更大的成本在于能耗。尤立星表示,在室溫下計算能耗放在豪K環(huán)境下則要大幅翻100萬倍至1億倍間,高達10兆瓦。要知道一般發(fā)電站的發(fā)電功率也僅在百兆瓦級別。

另一方面,從極低溫環(huán)境到室溫,數(shù)據(jù)線會產生“漏熱”,因此在尤立星看來,線路漏熱能耗甚至高于計算能耗。

中國信通院研究報告指出,業(yè)界認為在相當長時間里,通過云平臺開展量子計算服務,共享稀缺資源,探索適用于量子計算行業(yè)應用,是較為切實可行的實現(xiàn)方式。這或許解釋了為什么谷歌、華為云等公司開始布局量子云計算。而在7月7日,國內公有云第一股優(yōu)刻得與圖靈量子簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。

03、光子芯片能彎道超車嗎?

每三個半月,算力需要翻一番。這是大數(shù)據(jù)時代對于算力的需求,遠超摩爾定律的供給。金賢敏告訴記者,隨著物理極限的到來,非馮諾依曼架構將會成為算力的下一個突破口,“人類進入架構為王的時代”。

中國科學院上海光學精密機械研究所副所長張龍認為,光子有超高信息容量、超低傳輸功耗和延時、超低信道干擾的特性,并天然具有并行能力,在相同功耗下,光器件比電器件快數(shù)百倍,“光子芯片將是未來科技發(fā)展的基礎性核心技術,是突破摩爾定律最有前景的技術之一”。

張龍表示,目前世界各國均未在光子芯片領域形成絕對優(yōu)勢,“中國需要在尚未完全成熟的光子芯片領域占據(jù)先機”。目前光子芯片行業(yè)仍有加工流片平臺少、檢測設備仍依靠進口、高端光子器件仍匱乏、缺乏重大落地場景等四個痛點。

張龍認為,目前90%以上的應用場景仍需依靠傳統(tǒng)計算機芯片,而量子芯片只能解決應用場景中1%~2%的難題,而如今中國芯片的優(yōu)勢在于IC設計,這是在人工智能應用場景落地下加速發(fā)展的結果。

排版/季嘉穎

編 輯:值班記者
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