“量子局”很熱鬧

李佳師

一周前，賽靈思公司CEOVictor Peng對《中國電子報》記者表示，量子計算還遙遠并且應用場景有限。四周前，英特爾公司美國研究院院長Rich Uhlig在接受《中國電子報》記者采訪時認為，量子計算真正產(chǎn)生實用價值至少還需要10年。盡管業(yè)界各位大咖都認為量子計算還很遙遠，但這都無法阻擋量子爭霸的戰(zhàn)火的蔓延，12月2日-6日在美國拉斯維加斯舉行的AWS re： Invent2019 全球大會上，亞馬遜宣布以Braket、AWS量子計算中心、量子解決方案實驗室組合拳入局量子計算，加上此前的谷歌、微軟、IBM等在量子領(lǐng)域的種種布局與糾葛，量子之戰(zhàn)越來越熱鬧。

先看這次亞馬遜帶來了什么？亞馬遜首先帶來的是Bracket，它是一項云服務(wù)，通過它科學家、研究人員、開發(fā)人員、客戶可以自行構(gòu)建量子算法和基本應用程序，然后在AWS上進行模擬測試。它并非亞馬遜“原創(chuàng)自建”，而是來自亞馬遜與 D-Wave、IonQ和Rigetti三家量子計算機公司的合作，通過亞馬遜云提供服務(wù)，這沿襲亞馬遜一貫的做派：“不一定要做原創(chuàng)，但是通過AWS云服務(wù)你可以通達和獲得每一種可能性。”務(wù)實、落地、無風險。

在這次大會上亞馬遜同時宣布組建了 “AWS量子計算中心”和“量子解決方案實驗室”，其中AWS量子計算中心將匯集來自亞馬遜、加州理工學院（Caltech）和其他頂級學術(shù)研究機構(gòu)的量子計算專家，共同研發(fā)量子計算新技術(shù)。而亞馬遜量子解決方案實驗室項目將客戶與來自亞馬遜及其APN技術(shù)和咨詢合作伙伴的量子計算專家聯(lián)系起來，發(fā)展內(nèi)部的專業(yè)知識，鑒別量子計算的實際用途，加速發(fā)展量子應用，產(chǎn)生實質(zhì)的影響。

通過“從提供落地服務(wù)到構(gòu)建核心競爭力再到拓展生態(tài)伙伴”這樣的三拳組合，亞馬遜能夠把眼前、未來和生態(tài)都牢牢把控。

事實上，亞馬遜的“量子局”在4年前就已經(jīng)開始布陣，只是最近才變得高調(diào)。而且亞馬遜的“量子局”一揭開面紗就得到了包括波音等合作伙伴們的青睞，波音公司表示期待與AWS合作，而其對于量子計算的期望是希望它能夠解決航天領(lǐng)域的諸多挑戰(zhàn)，包括基礎(chǔ)材料、系統(tǒng)優(yōu)化、安全通信等方面的研究。

波音的選擇契合了英特爾研究院院長Rich Uhlig對《中國電子報》記者所透露的信息：“量子計算應用于人工智能的時間會比較晚，在此之前有一些更亟待解決的實用性問題將早于人工智能利用到量子計算，比如分子建模、量子化學等。”

當云巨頭亞馬遜入局量子計算時，人們必然把眼光投向微軟，因為這也是一家云服務(wù)提供商。作為AWS的云競爭對手，微軟的量子計算更早于亞馬遜“亮劍”。在今年11月6日舉行的Ignite 2019上，微軟發(fā)布了 Azure Quantum量子服務(wù)。Azure Quantum是一個全棧的開放式云生態(tài)系統(tǒng)，通過與1Qbit、Honeywell等公司的合作，微軟提出了各種各樣的跨行業(yè)量子解決方案。用戶可利用Azure中的工具和服務(wù)，構(gòu)建適合自己的量子解決方案。

而微軟的量子計算也并非一個月前才起步，在2017年，微軟就發(fā)布了量子開發(fā)套件（Quan-tum Developmem Kit）的首個公開預覽版，以及Q#編程語言、量子計算模擬器和其他資源。微軟同樣是一家既顧及眼前又放眼未來的公司，而且它也是通過合作，以云的方式來提供量子計算的服務(wù)。同樣是落地，其量子計算機的原型機權(quán)利來自Honey-weu、IonQ、QCI。相比亞馬遜，微軟更具有殺傷力的地方是在開發(fā)者和社區(qū)?！拔覀冎?，我們不會提出可能的解決方案，我們需要一個全球的社區(qū)。”Mi-crosoft Quantum總經(jīng)理KrystaSvore說。所以微軟大力推動量子開發(fā)社區(qū)，推出量子相關(guān)編程語言與工具，希望其量子之火由開發(fā)者熊熊點燃。

微軟的合作伙伴之一是IonQ，這是一個量子計算機供應商，而該公司的早期客戶包括了陶氏化學公司，該公司希望使用量子計算機來解決化學問題。這再一次驗證了Rich Uhlig的說法，量子計算將最先解題于“量子化學”。

量子計算的戰(zhàn)火無論是由誰燒起，都需要提及IBM。因為從2016年開始，IBM就已經(jīng)提供了訪問其量子硬件的網(wǎng)絡(luò)渠道，2019年1月8日，IBM在CES上展出了量子計算機IBM Q Sys-tem One，并表示該系統(tǒng)是世界上首個專為科學和商業(yè)用途設(shè)計的集成通用量子計算系統(tǒng)。在今年3月IBM宣布了量子摩爾定律以及當時業(yè)界最高的量子位。但是最近谷歌宣布的“量子霸權(quán)”有點惹惱了IBM。

在今年10月23日，谷歌在《自然》（Nature）上發(fā)布論文，向外界證明公司團隊已經(jīng)通過實驗實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”（Quan-rum Supremacy），也被稱作“量子霸權(quán)”。論文中，谷歌設(shè)計了一個實驗問題，用其團隊的53量子計算機破解只需要200秒，而用傳統(tǒng)計算機則需要一萬年對此，IBM發(fā)表了公開信，認為谷歌的論文以及“量子霸權(quán)”的說法，有很多令人懷疑的地方，谷歌的研究人員選擇以可程式化超導體量子位元（programmablesuperconducting qubits）來開發(fā)量子隨機亂數(shù)產(chǎn)生電路。在理想的情況下，傳統(tǒng)電腦僅需2.5天便能完成。

谷歌一向善于搶風頭，就像人工智能的“代言人”也曾搶了IBM的風頭一樣。IBM很早就在人工智能商業(yè)領(lǐng)域進行耕耘，而且也早在1997年就組局了國際象棋大師和深藍機器下象棋，在2011年組局了人和Wacson機器辯論大賽，但是讓大眾認識到人工智能風潮來臨的“啟蒙運動”，依然是由于谷歌的AlphaGo和李世石下圍棋的事件。作為互聯(lián)網(wǎng)公司，谷歌一向在大眾面前有強大的號召力，這次也不例外。

關(guān)于谷歌和量子霸權(quán)的事Rich Uhlig對《中國電子報》記者表示，谷歌量子霸權(quán)的宣布，應該說它是量子計算領(lǐng)域的一個進步。但Rich Uhlig同時也說：“量子計算是否能成為霸權(quán)，需要找到一個非常復雜的問題，并證明在解決該復雜問題的過程中，量子計算的效率遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的計算方式，這樣量子霸權(quán)才得以成立。從選取題目的角度看，谷歌并沒有找到一個現(xiàn)實世界的難題來解，所以在這一點上稱其為霸權(quán)并不十分合理。因為量子計算真正的目標不是實現(xiàn)量子霸權(quán)，而是實現(xiàn)量子實用性。”所以在這場口水戰(zhàn)中，英特爾同樣沒有給谷歌投贊成票。

在全球量子的競技場上，英特爾同樣在賽道上，Rich Uhlig透露，英特爾的量子計算研究是從兩個方向來推進的，既包含了超導量子，也包含自旋量子。在早期時候英特爾是使用多管齊下的方式進行研究的，最近英特爾內(nèi)部已經(jīng)將研究技術(shù)路線更聚焦在硅自旋量子計算上，并在這方面取得了相當良好的進展，無論是從制造量子位，還是從控制技術(shù)的角度來看（自旋量子要求低溫的控制環(huán)境），都取得了非常不錯的進展。

但Rich Uhlig同時表示，量子計算真的還在早期，因為“量子計算能解決多少問題，與量子位的數(shù)量、規(guī)模成比例，，為什么量子計算解決問題的多少與量子位的數(shù)量、規(guī)模有關(guān)？因為量子位非常脆弱，可能在毫秒之間就發(fā)生分解，所以需要開發(fā)一些技術(shù)使得周圍的環(huán)境對量子位有更大的寬容度，要想讓量子位長期存在，需要有很多糾錯電路，來確保在功能上物理的量子位能達到邏輯量子位的要求。

關(guān)于物理量子位與邏輯量子位之間的關(guān)系，英特爾中國研究院院長宋繼強對記者表示，一個物理的量子位，就是拿一個晶體管做自旋量子位Spin Qubit。但物理量子位非常脆弱，而且它們糾纏的時間非常短，需要檢測它的狀態(tài)是不是穩(wěn)定，通常需要在多個物理量子位上面加一層糾錯電路，才能形成一個邏輯量子位，這個邏輯量子位才能用來做算法計算，所以用多個物理量子位才能變成在算法層面可用的長效邏輯量子位。

“這意味著需要有幾千、上萬甚至是百萬個物理的量子位以及相關(guān)的解密編碼等，才有可能讓量子計算進入可適用階段”Rich Uhlig說?，F(xiàn)在才54個量子位，所以量子計算是一個馬拉松，現(xiàn)在才跑完了第一英里，目前很多選手都在跑，英特爾是其中之一，這就是現(xiàn)狀，而現(xiàn)在還遠遠談不上竟爭格局。

盡管量子計算還在早期，但是科技巨頭與美國一點也沒有放松對它的投入。2018年12月，美國總統(tǒng)特朋普簽署了《國家量子倡議法案》，在成立科技政策辦公室（OSTP）的同時，也宣布將在未來五年撥款12億美元支持量子計算的研發(fā)。從美國的國家量子倡議法案到谷歌、IBM、微軟、亞馬遜、英特爾的積極布局，都在詔示一個道理：量子計算需要盡早規(guī)劃和投入了。