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量子计算军备竞赛开启 Google、IBM、阿里谁先实现“量子霸权”?

量子计算军备竞赛开启 Google、IBM、阿里谁先实现“量子霸权”?

科技云报道 丨 科技快讯

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2017-10-25

科技云报道

Xtecher特稿作者

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科技云报道原创。


 前不久,知名量子计算科学家、密西根大学终身教授施尧耘入职阿里巴巴,担任阿里云量子技术首席科学家,组建并负责阿里云量子计算实验室。这成为继中科院等国家科研机构开始进入量子计算领域以来,国内首个企业涉足这一领域,也将是阿里巴巴开始从互联网公司向科技公司转型的起点。

 量子计算机发展至今依旧被视为是神秘的信息处理方式,不过,当 D-Wave 公司推出商业化产品,包括 Google、IBM、英特尔、微软等大企业也在多年前展开相关研究。安卓之父 Andy Rubin 则在去年公开表示,正着手打造全新量子计算机,借此加速大数据分析与人工智能技术演进。诸多重量级公司的投入,让量子计算机被视作是下一代的关键科技。

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 量子计算:21世纪科学界的最大骗局?

 

量子比特,各国科研机构和科技企业都在竞相追逐的东西,它遵循两个基本原理:量子叠加和量子纠缠,能实现计算能力质的飞跃。传统计算使用的运算规则是二进制的,用0和1记录信息状态,每一步能做到的只有2的一次方——2次运算。量子计算机由量子状态来描述信息,它们拥有更快速的运算方式。比如,2个量子态(也可以称作“2个比特”)的量子计算机,每一步可做到2的2次方——也就是4次运算。3个比特的量子计算机,每一步可以对信息做到2的3次方——8次计算。这就是量子叠加,能同时处于两种状态的量子能并行处理两个问题,相当于左手和右手同时都能写作业,而每增加一个量子,这样的能力还要继续翻倍。

 “薛定谔的猫”所描述的就是一个量子力学的理想实验:盒子里是猫和毒药装置,毒药装置里的粒子衰变后会让毒气释放,猫吸入毒气后会死亡。根据量子力学的原理,但在打开盒子观测之前,这只猫永远都同时存在死和活的叠加状态。叠加的状态很神奇,但这只是第一步,量子计算机在实现量子叠加之后还要实现量子纠缠,也就是让量子之间相互作用,这个概念更神奇,爱因斯坦曾经叫它是诡异的超距离作用(spooky action at a distance)。

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 纠缠这个词十分具有想象力,不管对于人类还是量子来说,“纠缠”都带着一股神奇的力量。如果两个粒子的距离足够近,它们就会纠缠在一起,即便把这两个粒子分开,它们还会保持纠缠的状态。而且只要两个粒子纠缠上了,就算没有手机、邮件、以及任何沟通方式,只要你对一个粒子进行测量,在遥远的另一方的粒子状态也会受到影响。

 量子系统能解决传统计算机无法处理的问题,比如帮助了解原子和其他微粒子是如何工作的。不过量子计算仍处于需要长期研究的阶段,而且也备受质疑,目前还不清楚它是否比现有的超级计算机更好。随着各科技企业竞相入局,量子计算机究竟是21世纪科技界最大的骗局,还是真的将改变未来的技术生态,还有待时间的解答。

 

全球科技巨头跑步入局 或开启AI之后的下一场“军备竞赛”

 从2015年开始这场竞赛就已经很激烈了,主要的玩家有Google、IBM、Intel、Microsoft,但是Intel专注硅量子点技术,微软则选择拓扑量子计算,两者都比较冷门,主要的竞争就只在Google和IBM之间。

 

 在之前的一年,2014年Google就承认在开发自己的量子计算机,并暗示系统将在2017年底之前证明其“量子霸权”(quantum supremacy),即在特定计算上的性能超越所有现存计算机。Google曾表示,它正在开发的是有49个量子位的机器,但这只是理论上的测试。MIT的Seth Lloyd教授认为,想要开发出有用的应用,系统至少应该有超过100个量子位。

 

如今,Google似乎已经对量子计算的应用有了把握,并且正在努力将其商业化。IBM也同样如此,这也会让正在快速增长的云计算市场呈现新的竞争状态。Google的计划也很明确,就是通过云服务开拓量子计算市场,并承诺政府和学术研究者可以免费使用。在早期提供免费服务,来点燃外界对新硬件的兴趣,也符合Google一直以来的云计算战略。今年5月它推出了新一代AI芯片Cloud TPU,以云服务的形式提供,而且一些学术研究者也可以免费获得这一服务。

Google和越来越多的公司认为,通过以数百万倍的速度处理重要的任务,会改变计算格局。今年早些时候,IBM云服务开始对外提供量子计算机服务IBM Q。而早在2005年,微软就建立了StationQ,由数学家Michael Freedman领导,从事量子计算基础研究。经过十多年的研究,去年底时微软终于宣称,将着手量子计算工程样机研发,要把十多年的量子计算机研究付诸于实践,并且豪言,自己的量子计算机能击败Google和IBM的样机。

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 2013年阿里巴巴就开始对量子通信进行研究,2015年与中科院成立的量子计算实验室,这使得阿里成为首个大力投入量子信息科学的中国科技公司。该实验室计划到2025年,量子模拟将达到当今世界最快的超级计算机的水平,2030年达到目前顶级超算的百亿亿倍。今年5月3日,中科大、中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中科院物理所等协同完成参与研发的世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机在中国诞生。就在3月,阿里巴巴公布了面向未来的NASA计划,面向未来20年组建强大的独立研发部门,为服务20亿人的新经济体储备核心科技。其中,量子技术是NASA计划要重点突破的领域之一。

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 就目前来说,量子计算机是需要特别照料的庞大怪兽,其更有可能通过网络方式租用,放在公司的数据中心。如果机器的速度快得多,必将成为云服务的主要竞争优势。理论上,量子计算机将大大减少计算时间,为云服务提供了巨大的降价空间。

 

 【科技云报道原创】


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