全球量子风暴来袭 谷歌IBM争霸战揭幕

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2017-11-14 04:05:10
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11月10日,在美国电气和电子工程师协会(IEEE)的工业峰会上,IBM对外宣布,公司已经成功研发20位量子比特的量子计算机,可在年底向付费客户开放。

在量子计算机领域里,谷歌一直被视为“领头羊”。此前,谷歌已制造出9量子比特的机器,并计划今年增加至49量子比特,实现“量子霸权”(quantum supremacy)。但现在,IBM率先完成了这项成就。

早在1982年,物理学家费曼(RichardFeynman)在利用计算器进行量子系统仿真时发现,用来描述表示可能状态的波函数的希尔伯特空间实在太过庞大,当时的电子计算器所提供的储存和运算能力根本无法满足模拟需要,他想到采用量子系统构成计算器则能够很好地模拟量子现象,由此科学家们开始建立量子信息论,并将其视为能够引起传统计算模式和现代计算器科学大变革的关键。但因技术不成熟,多处于理论推导状态。

为何抢占量子霸权?

一直以来,对于“量子争霸”的消息都不绝于耳,在业界普遍认知中,“量子霸权”来自美国加州理工学院物理学家约翰·普瑞斯基尔(John Preskill),他为量子计算器设定了这样一个标准:当下顶级超级计算器能够实现5到20个量子比特的量子计算器所做的事情,而一旦达到49个左右量子比特,量子计算器的能力将让超级计算器难以望其项背。

通俗点就是,一台台式机电脑大小的量子计算机,或能达到今天最先进的中国天河一号超级计算机的计算能力;在量子计算机面前,我们曾经引以为豪的传统电子计算机,就相当于以前的算盘。从电子计算机飞跃到量子计算机,整个人类计算能力、处理大数据的能力,就将出现上千上万乃至上亿次的提升。

也正是因为如,在2015年以来全球量子计算器的竞争就已经进入白热化,随着技术不断突破,“量子霸权”无疑将更受瞩目。

谁是最终玩家?

眼下Google、IBM、微软、Intel和中国科学院都是量子计算器领域的主要玩家,不过业界认为Intel专注硅量子点技术,微软则选择拓扑量子计算,这两者会比较冷门,因此欧美市场的竞争主要在Google和IBM之间。

许多人认为,量子计算机将完成以前被认为是不可能完成的任务(图源:VCG)

Google一直在寻求突破经典计算极限,与此同时,Google认为量子计算领域即将迎来历史性的里程碑,小型的量子计算器会在五年内逐渐兴起。这些早期量子计算可用于量子模拟,量子辅助优化和量子采样,该技术将让材料、金融、保健等行业受益匪浅。以材料学应用为例,通过量子计算进行建模,研究人员可以从数百万候选材料中选出更强的飞机聚合物材料、更高效的太阳能电池材料,以及更好的药品、更透气的面料。

无独有偶,IBM也已在量子计算领域探索了十多年,并在今年3月份宣布推出全球第一个商业化量子计算云服务“IBM Q”,也是全球第一个收费的量子计算云服务系统。IBM希望通过“IBM Q”将量子系统的使用领域和功能延伸到科学和商业领域,未来新系统可以为全球的研究人员服务,处理传统计算机无法解决的复杂计算,成为未来培育量子计算市场的关键。未来几年内,IBM计划构建拥有约50个量子位的“IBM Q”系统。

而此时中国,潘建伟研究团队计划五年之后实现50个量子比特的相干操纵,其计算潜力将超越超级计算器“太湖之光”,并将在十五年左右时间内,构建天地一体的有量子通信安全保障的未来互联网,即量子互联网,未来将使量子计算在公共安全、交通运输、气象监测等各个领域,极大程度地改变我们的生活。比如在公共安全领域,量子计算可以瞬间处理监控数据库中60亿人次的脸部图片,实时辨别出一个人的身份;在公共交通领域,量子计算能够迅速对复杂的交通状况进行分析预判,从而调度综合交通系统,最大限度避免道路拥堵。

撰写:小枝

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