編者按：量子科技是當(dāng)今世界最前沿的科學(xué)技術(shù)，中國、美國和歐洲投入多個(gè)實(shí)驗(yàn)室去攻克相關(guān)課題。中國在2016年8月在國際上成功發(fā)發(fā)射世界首顆量子科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，今年年初已完成全部在軌測(cè)試工作，并正式交付中科大實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。去年年底，國際首條千公里量級(jí)的量子通訊骨干網(wǎng)“京滬干線”已全部貫通。美國在量子計(jì)算機(jī)方面的研發(fā)位居世界前列，最新IBM推出了首個(gè)通用量子計(jì)算機(jī)，再次引領(lǐng)了未來科技應(yīng)用。預(yù)計(jì)今年晚些時(shí)間，IBM會(huì)推出量子云服務(wù)。小編選擇了騰訊科技最新的報(bào)道，和大家介紹最新進(jìn)展。

據(jù)《自然》報(bào)道，今年IBM公司將推行世界首個(gè)商用“通用”量子計(jì)算服務(wù)IBM Q系統(tǒng)，建立在IBM的Quantum Experience的技術(shù)之上。雖然技術(shù)尚不成熟，但是IBM將圍繞其展開一項(xiàng)長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略規(guī)劃。

每當(dāng)你想創(chuàng)造一個(gè)東西，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們已經(jīng)出現(xiàn)了。IBM公司在3月6日宣布，今年某個(gè)時(shí)間計(jì)劃推行世界首項(xiàng)商用“通用”量子計(jì)算服務(wù)。這個(gè)命名為IBM Q的系統(tǒng)可在網(wǎng)上免費(fèi)使用。

它的功能至少現(xiàn)在還不會(huì)勝過傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。但是，公司表示，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)發(fā)展未來量子機(jī)的市場(chǎng)至關(guān)重要，未來量子機(jī)器將可以解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法運(yùn)行的復(fù)雜運(yùn)算。云服務(wù)是創(chuàng)建有用量子計(jì)算機(jī)鏖戰(zhàn)的最新進(jìn)展。

這個(gè)項(xiàng)目建立在開發(fā)IBM現(xiàn)有云計(jì)算服務(wù)的專有技術(shù)之上：任何人可以免費(fèi)使用的Quantum Experience。該系統(tǒng)在2016年5月上線，最近的用戶界面得到升級(jí)。在紐約IBM研究中心領(lǐng)導(dǎo)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家杰瑞·喬(Jerry Chow)說，“它上線的10個(gè)月讓我們學(xué)會(huì)很多。”它給世界范圍的研究者一個(gè)無需使用自己的量子計(jì)算機(jī)就可練習(xí)建立量子算法的途徑。喬說，IBM的整體戰(zhàn)略是圍繞這項(xiàng)技術(shù)建立“一個(gè)社區(qū)和一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)”。

IBM公司對(duì)IBM Q何時(shí)上線守口如瓶，只說今年會(huì)上線。它也沒有透露系統(tǒng)會(huì)有多強(qiáng)大，或需要花多少錢才能使用。公司說，已經(jīng)有首批客戶排隊(duì)等其發(fā)布，但不會(huì)透露客戶信息，只說幾位商用合作伙伴會(huì)針對(duì)機(jī)器測(cè)試發(fā)展它們自己的應(yīng)用。

量子競(jìng)賽

量子計(jì)算機(jī)利用次原子物理學(xué)的反直覺性能，信息單位量子比特(量子位)可以同時(shí)具有多種狀態(tài)，而不是傳統(tǒng)計(jì)算中只能簡(jiǎn)單表示0或1的比特。自20世紀(jì)90年代伊始，理論物理學(xué)家，包括一些在IBM工作的，開發(fā)了基于量子的算法，理論上可以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)指數(shù)倍更快地執(zhí)行某些任務(wù)。

但實(shí)際上，讓足夠多的量子比特一起在通用量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行這樣的算法，被證明是十分有挑戰(zhàn)性的。目前已有兩項(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)可以處理量子比特：一項(xiàng)技術(shù)用電場(chǎng)與磁場(chǎng)使單個(gè)離子陷于真空中;另一項(xiàng)技術(shù)將量子比特納入微觀超導(dǎo)電路中，維持絕對(duì)零度以上幾度的溫度。IBM傾注于后一種技術(shù)。

最近幾年，谷歌(微博)也進(jìn)入量子競(jìng)賽中，在圣巴巴拉市(美國加利福尼亞州)建立了一個(gè)超導(dǎo)量子位實(shí)驗(yàn)室。IBM和其它幾家公司以及學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)宣布了建立超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)機(jī)器的激進(jìn)計(jì)劃。但是，這些機(jī)器每個(gè)需要運(yùn)行大約50量子位。目前的記錄是大約20量子位，只勉強(qiáng)夠簡(jiǎn)單的運(yùn)算。

實(shí)際事務(wù)

因此，當(dāng)IBM推出Quantum Experience(運(yùn)行5超導(dǎo)量子位)時(shí)，許多人沒有看到此舉的意義何在。物理學(xué)家克里斯托弗·門羅(Christopher Monroe)說，“許多人視其為作秀。”他在馬里蘭大學(xué)帕克分校的離子阱實(shí)驗(yàn)室工作，并表示他認(rèn)為這件事很重要。

即使這不是最先進(jìn)的機(jī)器，IBM已經(jīng)克服了許多挑戰(zhàn)使Quantum Experience上線，讓不一定是物理學(xué)家只是先前用過量子計(jì)算機(jī)的研究員能在線使用。這包括創(chuàng)建一個(gè)不需要建造其的物理學(xué)家持續(xù)關(guān)注也能運(yùn)行的系統(tǒng)。門羅說，“將機(jī)器放在云端是顯而易見的，但是讓系統(tǒng)達(dá)到那個(gè)程度需要投入很多工作。”

能使用Quantum Experience或IBM Q這樣的系統(tǒng)意味著世界范圍的研究員開始面對(duì)量子編程的獨(dú)特挑戰(zhàn)。這和傳統(tǒng)的編程截然不同，它需要程序員理解適應(yīng)物理量子位的局限。門羅說，原則上，5量子位的機(jī)器很容易用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)甚至筆記本模擬。但是真正的量子位不是這么簡(jiǎn)單的。

麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家艾薩克·莊(Isaac Chuang)說，“真正的挑戰(zhàn)在于你是否能讓你的算法在現(xiàn)實(shí)中有缺陷的硬件上運(yùn)行。”

喬說，IBM Q會(huì)比 Quantum Experience有更多的量子位，但是公司還沒有公布一個(gè)具體的數(shù)值。

量子云的時(shí)代

Quantum Experience目前已經(jīng)在超過100個(gè)國家里吸引了大約40,000名用戶。比如莊就在他去年教的量子計(jì)算本科生課上在線使用了量子體驗(yàn)，學(xué)生得以在實(shí)際的量子計(jì)算機(jī)上練習(xí)編程。

Quantum Experience的系統(tǒng)用戶已經(jīng)做了275,000次試驗(yàn)，發(fā)表了15篇研究論文。其中，門羅領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)和他的合作伙伴對(duì)比了IBM的超導(dǎo)機(jī)器和門羅實(shí)驗(yàn)室1號(hào)的5量子位離子阱機(jī)器的表現(xiàn)。IBM公司的量子云服務(wù)更快，但是門羅的機(jī)器更精確。

門羅與別人聯(lián)合創(chuàng)立了IonQ公司，預(yù)計(jì)推出基于云端的離子阱量子服務(wù)，但是他不能給出具體時(shí)間。谷歌量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)頭人約翰·馬蒂尼斯(John Martinis)說，谷歌正計(jì)劃用自己的超導(dǎo)量子位機(jī)器做同樣的事，但只有在它做出可以運(yùn)行50量子位的計(jì)算機(jī)之后。

同時(shí)，加拿大本那比的D-波公司(D-Wave)從2010年就在云端提供量子計(jì)算服務(wù)。系統(tǒng)的高級(jí)副總裁杰爾米·希爾頓(Jeremy Hilton)說，“我們的戰(zhàn)略核心是向云端訪問進(jìn)發(fā)。”但是D-波的機(jī)器不是“通用”計(jì)算機(jī)，只能運(yùn)行有限范圍的量子算法。不論如何，幾個(gè)研究小組已經(jīng)使用該量子計(jì)算服務(wù)來做項(xiàng)目。