量子計(jì)算：瘋狂賽道上四大巨頭如何應(yīng)戰(zhàn)

麥柯

近日，在AWS re：Invent全球大會(huì)上，亞馬遜官宣AWS三箭齊發(fā)量子計(jì)算組合拳：Braket、AWS量子計(jì)算中心和量子解決方案實(shí)驗(yàn)室。

隨著亞馬遜的強(qiáng)勢入局，加上此前鼓吹量子霸權(quán)的谷歌、起步最早的IBM、暗自發(fā)力的微軟，這場關(guān)于量子計(jì)算的巨人戰(zhàn)爭正式打響。

從最近的情況看，亞馬遜的切入點(diǎn)還是比較務(wù)實(shí)的。因?yàn)榱孔佑?jì)算還是處于初級階段。因此，企業(yè)級應(yīng)用尚未形成，而亞馬遜希望借助Braket幫企業(yè)客戶開始學(xué)習(xí)和試驗(yàn)量子計(jì)算，通過比較不同量子技術(shù)的開發(fā)、仿真和測試環(huán)境，評估適合自身發(fā)展的演化路徑。

長期以來，AWS提供著從磁盤存儲(chǔ)到衛(wèi)星控制天線等 160多種服務(wù)，這次亞馬遜選擇了非自建而是將量子計(jì)算機(jī)訪問放入其云服務(wù)的范圍，讓客戶通過AWS就可以訪問合作伙伴的量子計(jì)算系統(tǒng)。

目前，亞馬遜的合作伙伴展示了三種不同的量子處理器方案，它們是基于量子比特（qubit）設(shè)備構(gòu)建的，量子比特將數(shù)據(jù)編碼成量子力學(xué)效應(yīng)。亞馬遜表示，該服務(wù)預(yù)計(jì)2020年向所有企業(yè)客戶推出。

亞馬遜進(jìn)軍量子計(jì)算，迅速得到了合作伙伴的積極反饋。波音公司表示，正在從基礎(chǔ)材料、系統(tǒng)優(yōu)化、安全通信等方面切入量子計(jì)算研究，希望借助顛覆性的量子計(jì)算、傳感和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決航空航天行業(yè)遇到的挑戰(zhàn)，提升產(chǎn)品和服務(wù)。因此，在發(fā)展的過程中，特別期待與AWS協(xié)作。

應(yīng)該說，從一開始，亞馬遜就在搭建產(chǎn)學(xué)研一條龍服務(wù)。

其把“AWS量子計(jì)算中心”實(shí)驗(yàn)室建在加州理工旁邊，一邊是高校，一邊是企業(yè)，亞馬遜的橋梁紐帶作用定位明確，并且著力打造量子解決方案實(shí)驗(yàn)室，將計(jì)劃把研討會(huì)與頭腦風(fēng)暴相結(jié)合，幫助客戶從業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)倒推，逐步地、有效地使用量子計(jì)算機(jī)，進(jìn)而開始開發(fā)自己的量子計(jì)算策略，建立內(nèi)部的專業(yè)知識(shí)，最終部署量子應(yīng)用。

作為入局的新人，亞馬遜量子計(jì)算的“三駕馬車”布局算是合理，顯然經(jīng)過了深思熟慮。

這時(shí)回頭看看其他三強(qiáng)的表現(xiàn)，我們或許可以一窺量子領(lǐng)域的現(xiàn)狀。AWS副總裁比爾瓦斯表示，亞馬遜開展量子計(jì)算研究大概四年時(shí)間，而其他三強(qiáng)（微軟、IBM、谷歌）都在八年以上。微軟則聲明自家的技術(shù)將更具實(shí)用性。

大概是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，谷歌也宣布不久后將開啟類似服務(wù)。上述兩強(qiáng)在原型量子處理器方面的研究處于前沿地位。

在云計(jì)算領(lǐng)域，亞馬遜和微軟兩家占據(jù)主導(dǎo)地位。兩家公司去年總共占據(jù)了云市場的60%，而亞馬遜的份額遙遙領(lǐng)先于微軟。不過，近期微軟剛剛從美國國防部手里搶到了100億美元云計(jì)算大單，這令亞馬遜非常惱火。

而就在上個(gè)月的Ignite 2019上，微軟發(fā)布了Azure Quantum量子服務(wù)，其中包括量子解決方案、量子軟件和量子硬件。

微軟正在與1QBit、霍尼韋爾、IonQ和QCI合作，提供各種量子解決方案、軟件和硬件。微軟量子網(wǎng)絡(luò)成員將與微軟合作，以學(xué)習(xí)、研究和啟動(dòng)量子計(jì)算應(yīng)用程序和硬件，并可以訪問量子開發(fā)套件，成員還享有訪問量子開發(fā)工具包、重要研究和專家、獨(dú)家訪問Azure服務(wù)以及參加量子編程和算法開發(fā)研討會(huì)的權(quán)利。

與谷歌的“量子霸權(quán)”不同，微軟花數(shù)年研究名為“拓?fù)淞孔游弧保╰opological qubit）的技術(shù)，希望為量子計(jì)算機(jī)夯實(shí)基礎(chǔ)。結(jié)果，微軟在量子計(jì)算上的搶跑，刺激了亞馬遜，后者立刻表態(tài)迎戰(zhàn)。正因?yàn)閬嗰R遜和微軟都沒有自己的量子硬件，反而確定了他們獨(dú)立第三方的靈活運(yùn)行模式。不過，從長遠(yuǎn)角度說，亞馬遜還是會(huì)推出自己的量子處理器。

說起谷歌，其憑在《Nature》關(guān)于“量子霸權(quán)”的文章，量子計(jì)算200秒=地球最強(qiáng)超算1萬年，震驚了世界。對此，谷歌CEO 桑達(dá)·皮猜回顧道：2006年，谷歌科學(xué)家Hartmut Neven開始研究用量子計(jì)算為機(jī)器學(xué)習(xí)加速，并催生了谷歌AI量子團(tuán)隊(duì)。

2014年，美國物理學(xué)會(huì)院士約翰·馬迪尼斯加入了谷歌，擔(dān)任谷歌量子硬件首席科學(xué)家，領(lǐng)導(dǎo)構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的工作。

2016年，量子計(jì)算理論首席科學(xué)家Sergio Boixo在Nature Communications上發(fā)表了相關(guān)論文，最終聚焦到了量子霸權(quán)的計(jì)算任務(wù)上來。

2018年10月，因?yàn)榧又荽蠡?，谷歌圣克拉拉?shí)驗(yàn)室被迫關(guān)閉，一眾被休假的科學(xué)家，反而在量子霸權(quán)上實(shí)現(xiàn)了思維躍遷。

另據(jù)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，谷歌去年跟NASA立下flag：今年實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)，讓53位的量子計(jì)算機(jī)的算力秒殺傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

按照約定，雙方2019年初在NASA最強(qiáng)的超級計(jì)算機(jī)Pleiades上對運(yùn)行仿真所需的軟件進(jìn)行編碼，并在今年7月，比較量子電路仿真和谷歌量子計(jì)算機(jī)硬件的結(jié)果。

雖然，谷歌和NASA一直持樂觀態(tài)度，但業(yè)界并不看好。阿里巴巴數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施和搜索技術(shù)部門認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)可能需要錯(cuò)誤率更低的量子芯片。

南加州大學(xué)量子信息科學(xué)與技術(shù)中心主任丹尼爾里達(dá)認(rèn)在接受《MIT科技評論》采訪時(shí)稱，量子霸權(quán)似乎還需要其他方式抑制錯(cuò)誤。

雖然同行眾說紛紜，但是如果評論通過，就可以彈冠相慶。此前，NASA官網(wǎng)曾爆料草稿烏龍事件，但最后論文登上《Nature》，似乎宣告了量子計(jì)算的新時(shí)代。

但是冷眼旁觀的IBM坐不住了，直接發(fā)文怒懟谷歌“誤導(dǎo)大眾”。藍(lán)色巨人認(rèn)為，谷歌的量子霸權(quán)說法是有缺陷的。因?yàn)槠涫窃诓]有充分利用超級計(jì)算機(jī)的全部能力的情況下進(jìn)行競爭的。

IBM認(rèn)為，谷歌調(diào)整了baseline，并涉及證明一組數(shù)字是否隨機(jī)分布。論文中所謂量子計(jì)算機(jī)的處理器Sycamore（梧桐）只需200秒就解決了超算需要1萬年的問題（相當(dāng)于18億倍）。

而實(shí)際上，安裝在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的最先進(jìn)的200-petaflop IBM超級計(jì)算機(jī)可以在兩天半解決戰(zhàn)斗，雖然沒有谷歌快，但差距沒有一萬年那么久。所以，IBM認(rèn)為谷歌的量子霸權(quán)純粹是在忽悠。

對此，谷歌表示不予置評。

200秒與2.5天，相差1080倍。這成功引起了業(yè)界乃至公眾對于量子霸權(quán)的興趣。

但在媒體吹爆谷歌里程碑意義的同時(shí)，也必須看到，響應(yīng)國家號(hào)召的谷歌、IBM、微軟、亞馬遜等科技巨頭紛紛加入戰(zhàn)局。最近研究顯示，風(fēng)投已經(jīng)向探索量子計(jì)算的初創(chuàng)企業(yè)投資了超過4.5億美元。

當(dāng)量子計(jì)算成為美國的國家戰(zhàn)略，那么未來的全球競爭將會(huì)是業(yè)界新的主線。這是因?yàn)榱孔佑?jì)算在速度和功率方面有望比現(xiàn)有最大超級計(jì)算機(jī)還要高出多個(gè)數(shù)量級。因此，美國、歐盟和中國都在激烈爭奪這個(gè)高科技“必殺技”。

可是，美國政府并不樂意把這一切交給隨心所欲的企業(yè)去做。至少，聯(lián)邦政府正在實(shí)施兩項(xiàng)計(jì)劃，精簡和協(xié)調(diào)量子計(jì)算及其他與量子相關(guān)的私人與公立研究項(xiàng)目。這些計(jì)劃旨在制定國家戰(zhàn)略，確保美國維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的霸主地位。

中國也在量子領(lǐng)域不斷尋求突破。按照中國的“十三五”規(guī)劃綱要的要求，量子計(jì)算機(jī)已被列入科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目。其中，中國在國家級量子實(shí)驗(yàn)室上投入了4億美元，近年來獲得的量子技術(shù)專利幾乎是美國的兩倍。

不得不說，量子計(jì)算正在成為兵家必爭之地。然而，比起傳統(tǒng)的圖靈機(jī)、馮諾伊曼架構(gòu)以及經(jīng)典計(jì)算，量子力學(xué)中的量子糾纏曾經(jīng)讓愛因斯坦發(fā)出“鬼魅般的超距作用”的慨嘆。

而當(dāng)加速旋轉(zhuǎn)的量子比特登堂入室，成為龐然大物——量子計(jì)算機(jī)，人類也見證了量子計(jì)算快到極致、加密破譯的瘋狂。

或許量子霸權(quán)的意義大于內(nèi)容，在解決容錯(cuò)、糾錯(cuò)等噪聲難題上任重道遠(yuǎn)，但是它讓業(yè)界進(jìn)入了一片新天地。