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量子計算正在迎來飛速發展的時代

454398 ? 來源:工程師吳畏 ? 2018-12-29 10:20 ? 次閱讀

毫無疑問,量子計算是屬于未來的技術,按照中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心的成員張文卓的話說:「如果一臺量子計算機的單次運算速度達到目前民用電腦 CPU 的級別, 那么一臺 64 位量子計算機的速度將是目前世界上最快的『天河二號』超級計算機的 545 萬億倍!」

在業界來看,微軟、IBM 和 Google 是其中主要的下注者,微軟全球執行副總裁沈向洋就表示量子計算將在 15 年內完全實現產品化。而 Google 也是其中不可忽視的一股力量,2013 年,Google 宣布和美國國家航天局(NASA)聯合成立量子人工智能實驗室專門研究量子計算機。科研實力強大的 IBM 也早就在這個領域布局很久了,去年,IBM 甚至宣布將公司的量子計算機接入云端服務向大眾公開,用戶登錄后將能夠使用一臺 5 量子比特(qubits,量子位)的量子計算機以進行算法或實驗模擬。

一切都顯示,量子計算正在迎來自己飛速發展的時代。

而昨天,這個領域又有大新聞爆出,IBM 宣布他們將在今年年內推出全球首個商業「通用」量子計算服務,并將之命名為 IBM Q。IBM Q 是 50 量子比特的量子計算機,能夠為用戶提供付費式量子咨詢和服務。而它將通過 IBM 的云平臺對外服務。

同時,他們昨天還宣布了兩個消息:

為 IBM Quantum Experience 發布了新的 API 接口,使開發人員和程序員能夠在云上使用其現有的五個量子位量子計算機,不用具備量子物理學的知識背景也能使用無憂。

在 IBM Quantum Experience 上發布升級的模擬器,可以對高達 20 個量子比特的電路進行建模。在 2017 年上半年,IBM 計劃在 IBM Quantum Experience 上發布一個完整的 SDK(軟件開發工具包),以便用戶構建簡單的量子應用程序和軟件程序。

Quantum Experience 是 IBM 去年上線的量子運算云平臺,它能使任何人都可以通過 IBM Cloud 連接到 IBM 的量子處理器上,從而可以進行算法運算和相關的實驗。IBM 表示,Quantum Experience 推出至今在 100 多個國家實施,超過 4 萬用戶在上面執行 27.5 萬項實驗。合作的學術研究單位包括麻省理工學院、瑞士洛桑聯邦理工學院等。

目前,IBM 最大的量子計算機有 5 個量子比特。不過他們希望通過繼續加大投入能夠開發出 50 個量子比特的量子計算機。「在接下來的幾年里,我們將把它放在云上商業化讓人們使用」,IBM 量子計算部門副總裁兼首席技術官 Scott Crowder 說道。他同時表示 IBM 在未來幾年的目標是著眼于讓量子計算機開始能逐漸處理傳統計算機沒辦法解決的那些問題。

MIT 電子工程和計算機科學教授、物理學教授 Isaac Chuang 也表示:「要使量子計算有意義,我們需要操作量子計算機的實際經驗。在 2016 年秋季學期的 MITx 量子信息科學的課程上,我們把 IBM Quantum Experience 作為在線課程的一部分面對全世界的 1800 人授課。現在他們可以在 IBM 的量子處理器上做實驗,測試他們學過的量子計算原理和理論。」

距離真正發揮作用還有很長的路要走

量子計算的潛力顯而易見,這背后也包括了摩爾定律經過幾十年的發展漸漸失效,人們也需要新的技術來代替已有的計算能力。在已經簡單為大家介紹過它的理論能力。

簡單來說,量子計算機是就用量子比特作為運算單元的一種計算機,它具有天然的并行計算能力。一個經典比特只存在 0 或 1 兩種狀態,而一個量子比特不僅可以處于 0,1 兩種狀態,還可以處于 0 和 1 的疊加態。理論上,250 個量子比特的存儲器就能夠同時存儲比宇宙中的原子數目還要多的數據,這就是量子計算機擁有巨大并行運算能力的原因。

目前,作為已經在這個領域耕耘了 35 年的 IBM,他們正在努力說服更多的開發者開始嘗試這種新技術,以便他們有一天可以利用這項技術在化學、醫學、物流、金融和其他科學和工業領域取得突破。

根據外媒 的說法,IBM 的發言人表示他們目前在研究的一個領域是化學,他們在試圖模擬分子的運動變化,因為「即使是像咖啡因這樣的簡單分子,分子中的量子態數量也可能非常大」,這位發言人表示。

不過,雖然大家都認為量子計算是一股不可阻擋的趨勢,乃至于微軟全球執行副總裁沈向洋向極客公園表示「10 年之內一定會出現真正有用的量子計算機」。但現實的情況恐怕更加復雜。

哈佛大學教授加來道雄就表示:「雖然有關項目對量子計算機的出現是很樂觀的,但是,那還是幾十個原子凝聚的量子計算機項目。在今后五年到十年內,科學家用幾十個原子凝聚制作量子計算機會有很大的突破,新的和更困難的問題會得到解決。然而,按照預期使用幾百個、幾千個或幾百萬個原子聚集制作量子計算機,還需要幾十年的努力。」

但無論如何,作為屬于未來技術,量子計算已經繼人工智能系統「Watson」之后成為了 IBM 又一個核心戰略,在這個只有巨頭參與的競技場中,我們恐怕還得等若干年才能真正見到最后的贏家。

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