谷歌新發(fā)布的Bristlecone芯片或許足以谷歌的量子計(jì)算研究人員策劃一場(chǎng)派對(duì)，但來(lái)自中國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手阿里巴巴的新成果可能會(huì)使其派對(duì)推遲。中美公司在一個(gè)前沿的物理邊界上的競(jìng)爭(zhēng)表明，國(guó)家以及公司之間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，它們都希望能夠創(chuàng)造一種新型的難以想象的強(qiáng)大電腦。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)使用以比特為單位的“1”或“0”表示數(shù)據(jù)，稱(chēng)為經(jīng)典比特。量子計(jì)算機(jī)用微妙的量子力學(xué)效應(yīng)來(lái)表示比特?cái)?shù)據(jù)“0”和“1”，量子比特也由此出現(xiàn)，但量子力學(xué)效應(yīng)在20世紀(jì)初期使愛(ài)因斯坦和其他物理學(xué)家困惑不解。另外，量子力學(xué)效應(yīng)只在極低的溫度和特別細(xì)微的范圍內(nèi)才能被檢測(cè)到，這使得量子比特獲得了一種疊加狀態(tài)，即同時(shí)有效地表示 “1” 和 “0”，進(jìn)而允許量子計(jì)算機(jī)在進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算時(shí)可以走捷徑。有證據(jù)量子計(jì)算可以幫助進(jìn)行化學(xué)模擬，谷歌和其他一些人認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)也能得到提升。

谷歌的量子霸權(quán)計(jì)劃

今年3月，谷歌推出一款名為Bristlecone的芯片，目標(biāo)是成為量子計(jì)算的里程碑。谷歌稱(chēng)，Bristlecone是第一個(gè)具有超越任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的量子計(jì)算系統(tǒng) ，這將成為“量子霸權(quán)”的標(biāo)志。該研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)人John Martinis還表示，它今年可能會(huì)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”，更新了此前在2017年實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的預(yù)測(cè)。

Google的Bristlecone芯片擁有超導(dǎo)電路制成的72個(gè)量子比特，是迄今為止最大的量子芯片，超過(guò)了IBM的50量子比特和英特爾的49量子比特。谷歌的研究人員計(jì)算出這足以在超過(guò)任何范圍的常規(guī)電腦的情況下運(yùn)行一個(gè)精心挑選的演示問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。

自2006年起，Google一直致力于量子計(jì)算，最初使用加拿大D-Wave的硬件。2014年，Google將整個(gè)加州大學(xué)圣芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara）研究團(tuán)隊(duì)的全部十幾個(gè)人都納入麾下，包括研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)人John Martinis，并建立了自己的量子硬件實(shí)驗(yàn)室。

不過(guò)谷歌最近關(guān)于實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的言論讓該領(lǐng)域的其他一些人感到厭煩，他們認(rèn)為建立里程碑是一個(gè)決定性的時(shí)刻，這樣的表述可能會(huì)夸大量子計(jì)算機(jī)實(shí)際的發(fā)展進(jìn)程。英特爾首席技術(shù)官M(fèi)ike Mayberry本周告訴WIRED，他認(rèn)為該技術(shù)是一項(xiàng)為期10年的項(xiàng)目。IBM表示它可以在五年內(nèi)成為“主流”。

阿里巴巴的質(zhì)疑與谷歌的反駁

對(duì)于谷歌將在2018年實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的樂(lè)觀(guān)態(tài)度，阿里巴巴的研究成果提出了質(zhì)疑。阿里巴巴的研究人員利用一系列功能強(qiáng)大的服務(wù)器來(lái)模擬Google新芯片的運(yùn)作，并對(duì)美國(guó)公司已發(fā)布的計(jì)劃提出挑戰(zhàn)。結(jié)果提醒人們，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)架構(gòu)的性能還未完全發(fā)揮出來(lái)，并暗示谷歌計(jì)劃用其量子芯片進(jìn)行演示的結(jié)果不會(huì)超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室主任施堯耘說(shuō)：“很多人都希望這款處理器能夠?qū)崿F(xiàn)量子霸權(quán)，但我們的結(jié)果表明，這種期待可能過(guò)于樂(lè)觀(guān)?！彼硎景⒗锇桶褪峭ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)更好的方法，即將模擬量子計(jì)算操作的任務(wù)劃分給許多共同工作的計(jì)算機(jī)獲得的成果。

阿里巴巴的研究結(jié)果讓科羅拉多大學(xué)的教授Graeme Smith發(fā)出了一條由一串“哇”組成的評(píng)論。Smith告訴WIRED，谷歌的Bristlecone似乎是最有能力的量子芯片，但阿里巴巴的研究結(jié)果表明這種芯片的錯(cuò)誤率仍然過(guò)高。他說(shuō)：“這表明我們不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)看到他們實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。”

阿里巴巴量子研究人員新的結(jié)果表明，谷歌發(fā)布的Bristlecone計(jì)劃無(wú)法實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。他們認(rèn)為，需要更低錯(cuò)誤率的芯片。對(duì)此，在一封電子郵件中，谷歌研究員Sergio Boixo告訴WIRED他歡迎這樣的研究，但關(guān)于這篇論文的結(jié)果有很多“問(wèn)題”。其他人認(rèn)為它們是值得注意的。 “游戲規(guī)則已經(jīng)開(kāi)始改變了?！蹦霞又荽髮W(xué)教授Itay Hen說(shuō)。

Google的Boixo還反駁說(shuō)，阿里巴巴的模擬的方法不夠詳細(xì)無(wú)法作為最后的結(jié)論。更好的模擬方法，比如阿里巴巴的研究也是谷歌一直致力于研究測(cè)試量子霸權(quán)的新方法的原因，Boixo稱(chēng)其不應(yīng)該要求大規(guī)模的硬件升級(jí)。南加州大學(xué)的Hen說(shuō)：“這反過(guò)來(lái)會(huì)刺激研究人員試圖從傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中榨取更多性能。我確信游戲規(guī)則會(huì)發(fā)生改變。”

量子霸權(quán)競(jìng)爭(zhēng)加劇

實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)將是一項(xiàng)科學(xué)突破，而不是量子計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備好規(guī)模應(yīng)用的證明。不過(guò)實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)有助于谷歌在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立足。IBM，英特爾和微軟等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手想要將量子計(jì)算機(jī)出租或出售給戴姆勒和摩根大通等公司，這些公司正在探索用機(jī)器如何改進(jìn)電池和成本的模型。

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，IBM 在2016 年就開(kāi)發(fā)出了具有 5 位量子比特的量子計(jì)算機(jī)，并把它提供出來(lái)作為量子計(jì)算云服務(wù)供研究者使用。2017 年 11 月，IBM 又宣布發(fā)布新型的 20 位量子比特的量子計(jì)算機(jī)。IBM 還表示，他們的研究人員們已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出了一臺(tái) 50 位量子比特的原型機(jī)，以往觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為達(dá)到 50 位量子比特的量子計(jì)算機(jī)就可以模擬傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的所有操作

微軟在2016年宣布計(jì)劃斥巨額資源開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)的原型產(chǎn)品。2018年3 月 29 日凌晨微軟宣布發(fā)現(xiàn)馬約拉納費(fèi)米子的存在證據(jù)，下一步會(huì)將費(fèi)米子轉(zhuǎn)化為量子，并希望在今年年底實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在 5 年內(nèi)向其他企業(yè)提供可用的量子計(jì)算機(jī)。

對(duì)量子計(jì)算最大的賭注恐怕來(lái)自英特爾，2015 年英特爾宣布將向荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的量子技術(shù)研究項(xiàng)目 QuTech 投資 5000 萬(wàn)美元。英特爾專(zhuān)注于硅量子點(diǎn)技術(shù)經(jīng)常被稱(chēng)作人造原子。

阿里巴巴在量子計(jì)算領(lǐng)域的崛起非常迅速，阿里巴巴在 2015 年開(kāi)始關(guān)注量子計(jì)算，并和中科院合作成立了亞洲首個(gè)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室。2018 年2月中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院與阿里云宣布，11 量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算服務(wù)在量子計(jì)算云平臺(tái)上線(xiàn)。2018年5月，阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室施堯耘團(tuán)隊(duì)宣布成功研制當(dāng)前世界最強(qiáng)的量子電路模擬器，名為太章。

阿里的迅速崛起顯示出中國(guó)的技術(shù)雄心，騰訊和百度也先后于2017年和2018年開(kāi)始對(duì)量子計(jì)算的研究。雷鋒網(wǎng)也了解到，中國(guó)政府已承諾投入100億美元建設(shè)一座新的國(guó)家量子實(shí)驗(yàn)室。

當(dāng)然，這些項(xiàng)目是日益增長(zhǎng)的國(guó)際競(jìng)賽的一部分：歐盟正計(jì)劃在量子研究領(lǐng)域投資11億美元。美國(guó)方面，盡管白宮辦公室的科學(xué)和技術(shù)政策在特朗普的領(lǐng)導(dǎo)下大幅縮水，但該研究團(tuán)隊(duì)在12月獲得了第一位量子計(jì)算專(zhuān)家，來(lái)自于馬里蘭大學(xué)的研究員ake Taylo。

阿里巴巴的施堯耘并不否認(rèn)量子霸權(quán)的重要性，但他建議谷歌和其他量子計(jì)算研究人員應(yīng)該更加冷靜。他說(shuō)：“對(duì)于設(shè)備物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，擔(dān)心什么時(shí)候到達(dá)霸主地位就像是擔(dān)心你的孩子什么時(shí)候會(huì)比你的狗更聰明一樣，只要你專(zhuān)注照顧好他，事情就會(huì)發(fā)生，即便你不確定是在什么時(shí)候?！?/p>

雷鋒網(wǎng)編譯，via wired

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