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谷歌正在推動(dòng)量子計(jì)算走進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界

2024年12月23日 09:54  新浪科技  

谷歌宣稱,其新款芯片Willow在求解某數(shù)學(xué)方程時(shí),速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī),此消息再次點(diǎn)燃了圍繞量子計(jì)算的熱情。更重要的是,谷歌稱已跨越通向無誤量子計(jì)算機(jī)這一“技術(shù)巔峰”的關(guān)鍵門檻。

科技界對(duì)量子計(jì)算的炒作并非首次。2019年,谷歌推出Sycamore處理器時(shí),也曾宣稱其在求解數(shù)學(xué)方程時(shí)超越了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)(quantum supremacy),由此引發(fā)了上一輪熱潮。當(dāng)時(shí)的新聞報(bào)道從各個(gè)角度詳述了這些“神奇機(jī)器”對(duì)各行各業(yè)的潛在影響。但熱潮很快消退,因其雖得到了驗(yàn)證,但尚未滿足大規(guī)模應(yīng)用的條件。而且英偉達(dá)持續(xù)推出的超高性能芯片在模擬量子計(jì)算方面表現(xiàn)出色,并規(guī)避了量子計(jì)算的弊端。

理解傳統(tǒng)計(jì)算與量子計(jì)算的差異,對(duì)了解該領(lǐng)域很有幫助。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用數(shù)字比特,借由電流的通斷操控微小晶體管,以0和1來處理信息。量子計(jì)算機(jī)則采用量子比特,依靠天然粒子或人造粒子處理0和1之間的數(shù)據(jù)。用繪畫類比,個(gè)人計(jì)算機(jī)芯片上的比特就像黑色或白色,量子比特則可以是色輪上的任意顏色。這種潛在的值數(shù)組正是量子計(jì)算如此強(qiáng)大的原因,也決定了它們能夠執(zhí)行遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)能力的復(fù)雜運(yùn)算。然而,問題在于量子比特極為脆弱,可能導(dǎo)致量子計(jì)算機(jī)丟失信息,產(chǎn)生錯(cuò)誤。而谷歌的最新成果是能夠在更大規(guī)模上糾正這些錯(cuò)誤。

谷歌的公告重燃公眾對(duì)量子計(jì)算的熱情,這是件好事。這個(gè)行業(yè)正在悄然取得巨大進(jìn)展,有望為企業(yè)和政府研究人員提供極具價(jià)值的計(jì)算設(shè)備。投資者應(yīng)當(dāng)保持耐心。部分計(jì)算機(jī)制造商,如IonQ Inc.,聲稱他們的設(shè)備已經(jīng)展現(xiàn)實(shí)際效用。這家初創(chuàng)公司的股價(jià)在本年度已上漲逾3倍,該公司計(jì)劃在其工廠打造5臺(tái)量子計(jì)算機(jī),并剛剛在瑞士搭建了一臺(tái)。

眾多早期的量子計(jì)算機(jī)型號(hào)(雖容易出錯(cuò)),如IonQ和Rigetti Computing的產(chǎn)品,均能通過亞馬遜的Braket與微軟的Azure平臺(tái)進(jìn)行訪問。這些平臺(tái)也可接入其他公司的量子計(jì)算機(jī),包括Pascal、Quantum Circuits Inc.以及由霍尼韋爾國(guó)際公司(Honeywell International Inc.)控制的Quantinuum制造的設(shè)備。IBM通過其Qiskit平臺(tái)提供軟件工具,并開放了部分量子計(jì)算機(jī)型號(hào)的訪問權(quán)。谷歌提供軟件工具和模擬服務(wù),但量子計(jì)算機(jī)尚未對(duì)外開放。

換句話說,盡管量子計(jì)算機(jī)容易出錯(cuò)且功能有限,但可以通過基于云的網(wǎng)絡(luò)訪問。行業(yè)資深人士,例如加州理工學(xué)院的約翰·普雷斯基爾(John Preskill),多年來一直秉持“量子計(jì)算尚需十年”的觀點(diǎn),如今也開始感到興奮。

“量子硬件已經(jīng)發(fā)展到能夠推進(jìn)科學(xué)發(fā)展的階段,”普雷斯基爾在Willow發(fā)布會(huì)所附視頻中說道,“我們可以研究此前從未觸及的復(fù)雜量子系統(tǒng)!

普雷斯基爾說這些系統(tǒng)正在不斷改善。有鑒于此,霍尼韋爾應(yīng)該抵御投資者要求其出售Quantinuum股權(quán)的壓力,該公司持有54%的Quantinuum股權(quán)。目前,該行業(yè)已臨近為眾多行業(yè)的研究提供強(qiáng)大工具的關(guān)鍵階段,其價(jià)值必然會(huì)持續(xù)上升。投資者所主張的簡(jiǎn)化霍尼韋爾集團(tuán)模式的觀點(diǎn),恰恰忽略了這一趨勢(shì)。

當(dāng)然,量子計(jì)算機(jī)尚未準(zhǔn)備好進(jìn)入主流市場(chǎng),因?yàn)檫@些設(shè)備仍存在較高的出錯(cuò)率。但這場(chǎng)關(guān)于誰能率先打造出實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)賽正進(jìn)入沖刺階段,現(xiàn)在是關(guān)注投資機(jī)會(huì)的大好時(shí)機(jī),同時(shí)也帶來了一場(chǎng)極具娛樂價(jià)值的“真人秀”。在這場(chǎng)競(jìng)賽中,科學(xué)家們組隊(duì)對(duì)抗,力爭(zhēng)成為一個(gè)新的計(jì)算機(jī)時(shí)代的奠基者。不過,最終可能很難確定一個(gè)贏家,因?yàn)樵诩夹g(shù)能夠顯著推動(dòng)科研發(fā)展之前,往往是逐步演進(jìn)、累積提升的。

這場(chǎng)競(jìng)賽之所以如此有趣,是因?yàn)樗寖纱蠹夹g(shù)路線或陣營(yíng)形成對(duì)峙,以角逐終極目標(biāo):一臺(tái)具備足量糾錯(cuò)量子比特、以開展高級(jí)計(jì)算的機(jī)器。這兩大陣營(yíng)的分歧將解答一個(gè)關(guān)鍵問題:人類能否制造出一種可生成量子態(tài)的物體,并進(jìn)行充分的調(diào)整,使生成的量子態(tài)匹敵原子或光子等粒子所具備的天然量子態(tài)?

制造量子比特的陣營(yíng)包括谷歌、IBM、Rigetti、IQM等公司,它們正在構(gòu)建運(yùn)用超導(dǎo)量子比特的計(jì)算機(jī)。在Willow公告中,谷歌介紹了其位于加州圣巴巴拉的專門制造超導(dǎo)量子比特的設(shè)施,以及該設(shè)施如何大幅提高了其量子比特處于量子態(tài)的時(shí)長(zhǎng)。

另一陣營(yíng)是利用原子或光子等天然粒子創(chuàng)建量子比特的公司。他們認(rèn)為基于半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步的量子比特制造方法將面臨技術(shù)瓶頸,無法實(shí)現(xiàn)所需的制造精度和連接能力。此陣營(yíng)包括制造受控離子計(jì)算機(jī)的IonQ和Quantinuum等公司,他們通過激光捕捉、控制和操縱原子(有初創(chuàng)公司選擇了光子)。超導(dǎo)陣營(yíng)指出,用激光移動(dòng)原子等粒子會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤并降低計(jì)算速度。對(duì)于用天然粒子制造的計(jì)算機(jī)來說,擴(kuò)展能力是個(gè)大難題,而制造量子比特的公司能依靠半導(dǎo)體行業(yè)已有的擴(kuò)展能力。

量子比特之間也存在差異。別忘了,這是真實(shí)粒子與人造粒子的比拼。或許兩種路徑都將在市場(chǎng)上占有一席之地。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)著重于明確提供給程序員的糾錯(cuò)或邏輯量子比特的數(shù)量。在Willow公告中,谷歌宣稱已超越“門檻以下”水平,能夠增加量子比特并減少錯(cuò)誤。這一點(diǎn)至關(guān)重要,因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)需要加入備用量子比特來糾正和維持邏輯或糾錯(cuò)量子比特的數(shù)量。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)也會(huì)糾錯(cuò),但晶體管出錯(cuò)的概率本就微乎其微。

Quantinuum、IonQ、Atom Computing等基于原子的計(jì)算機(jī)制造商自認(rèn)為在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位,因?yàn)樗麄兊牧孔颖忍氐腻e(cuò)誤率相對(duì)較低。今年4月,Quantinuum與微軟聯(lián)合發(fā)表了一篇論文,詳細(xì)闡述了如何使用30個(gè)物理量子比特構(gòu)建4個(gè)邏輯量子比特。這里需要提醒一下,研究人員曾表示,即使一臺(tái)只有100個(gè)糾錯(cuò)量子比特的計(jì)算機(jī),也可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法比擬的計(jì)算能力。

這場(chǎng)曠日持久的量子計(jì)算競(jìng)賽正接近尾聲,且競(jìng)爭(zhēng)步伐不斷加快。這將催生諸多商業(yè)機(jī)會(huì)。IonQ的股價(jià)剛剛創(chuàng)下歷史新高,Rigetti的股價(jià)自12月6日以來已然翻倍。Quantinuum可能在不久后上市。谷歌已經(jīng)點(diǎn)燃了公眾熱情。霍尼韋爾等公司的投資者應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,耐心等待將為他們帶來豐厚回報(bào)。

編 輯:章芳
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