當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月6日，IBM宣布：今年要推出全球第一個(gè)商業(yè)化量子計(jì)算云服務(wù)：IBM Q。這也是全球第一個(gè)收費(fèi)的量子計(jì)算云服務(wù)系統(tǒng)。
目前，這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算能力還不如傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。但I(xiàn)BM表示，未來(lái)，新系統(tǒng)可以為全球的研究人員服務(wù)，處理傳統(tǒng)電腦無(wú)法解決的復(fù)雜計(jì)算，成為未來(lái)培育量子計(jì)算市場(chǎng)的關(guān)鍵。
IBM并沒(méi)有透露IBM Q具體上線時(shí)間，也沒(méi)有公開討論這個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)在有多強(qiáng)大，或訪問(wèn)費(fèi)用是多少。但I(xiàn)BM稱，已經(jīng)建立第一批客戶，商業(yè)合作伙伴將在這個(gè)系統(tǒng)上測(cè)試和開發(fā)自己的機(jī)器。
據(jù)IBM介紹，該系統(tǒng)建立在IBM現(xiàn)有云服務(wù)開發(fā)的專有技術(shù)基礎(chǔ)上。2016年5月，IBM推出名為Quantum Experience的技術(shù)，這是一個(gè)任何人都可以免費(fèi)訪問(wèn)的系統(tǒng)，由5個(gè)量子位構(gòu)成，最近剛進(jìn)行了頁(yè)面更新。
IBM Q該系統(tǒng)讓全球的研究員在無(wú)量子計(jì)算機(jī)的情況下，提供平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)他們的量子算法。IBM的數(shù)據(jù)顯示，Quantum Experience上線后，約有4萬(wàn)用戶在線上做了27.5萬(wàn)個(gè)實(shí)驗(yàn)。“上線10個(gè)月，這個(gè)系統(tǒng)教會(huì)了我們很多東西。”IBM約克敦海茨研究中心量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人杰瑞·周（Jerry Chow）在接受《自然》雜志采訪時(shí)說(shuō)。
《自然》雜志認(rèn)為，量子計(jì)算云服務(wù)會(huì)成為未來(lái)通用量子計(jì)算機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。IBM在量子計(jì)算領(lǐng)域里的布局就是圍繞這項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建的，他們希望建立量子計(jì)算社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)。
量子計(jì)算的挑戰(zhàn)
與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，在量子計(jì)算中，量子位或量子位的信息可以同時(shí)有多個(gè)狀態(tài)，而不是簡(jiǎn)單地表示0或1。從20世紀(jì)90年代開始，理論物理學(xué)家就已經(jīng)開發(fā)了基于量子比特的算法，理論上這比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)能更快地執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將會(huì)給其他的研究方向，比如氣候模擬、藥物研究、以及材料科學(xué)帶來(lái)巨大的進(jìn)步。
但在實(shí)踐中，科學(xué)家想獲得足夠多的量子位來(lái)運(yùn)行任何算法卻極具挑戰(zhàn)。目前有兩種技術(shù)可以幫助解決這一挑戰(zhàn)。一是在電磁場(chǎng)的真空中捕獲單個(gè)離子。另一個(gè)是將量子比特放在絕對(duì)零度以上的微觀超導(dǎo)電路中。IBM的解決路徑屬于后者。
在近幾年的發(fā)展中，谷歌也進(jìn)入了該領(lǐng)域，在加利福尼亞的圣巴巴拉建立了超導(dǎo)量子比特實(shí)驗(yàn)室。無(wú)論是谷歌還是IBM，都已經(jīng)宣布了自家建設(shè)量子計(jì)算機(jī)的路線圖。有科學(xué)家分析稱，要想讓量子計(jì)算機(jī)真正地運(yùn)行起來(lái)，大約需要50個(gè)量子位。但當(dāng)前量子計(jì)算的最高記錄僅為20個(gè)量子位，幾乎不足以進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。
程序員需要適應(yīng)量子編程
所以當(dāng)IBM推出Quantum Experience的5個(gè)量子位系統(tǒng)時(shí)，許多人認(rèn)為這只是宣傳的一個(gè)噱頭。但馬里蘭大學(xué)帕克分校物理學(xué)家克里斯托弗·門羅（Christopher Monroe）卻認(rèn)為這是一個(gè)了不起的事。
原因在于，即使它不是一個(gè)最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)，但I(xiàn)BM克服了挑戰(zhàn)才讓Quantum Experience上線。這個(gè)系統(tǒng)讓量子計(jì)算的研究員不再集中于物理學(xué)家，也讓此前未接觸過(guò)量子計(jì)算機(jī)的研究人員獲得了機(jī)會(huì)。
“把機(jī)器放在云上運(yùn)行是一件非常平常的事，但I(xiàn)BM花了許多精力才讓系統(tǒng)能達(dá)到當(dāng)前的水平。” 門羅說(shuō)。
《自然》雜志認(rèn)為，Quantum Experience和IBM Q等開放系統(tǒng)的出現(xiàn)意味著，世界各地的研究人員都可以來(lái)研究解決量子編程所面臨的挑戰(zhàn)。與常規(guī)編程不同，在量子編程的過(guò)程中，程序員需要理解并適應(yīng)物理量子位限制對(duì)編程的影響。
“真正的挑戰(zhàn)是，你是否可以使你的算法在有瑕疵的硬件上依舊完好的運(yùn)轉(zhuǎn)。” 麻省理工學(xué)院物理學(xué)家Isaac Chuang在接受《自然》雜志采訪時(shí)說(shuō)。
據(jù)周介紹，IBM Q所具備的量子位要比Quantum Experience多，但并沒(méi)有透露具體數(shù)字是多少。
量子時(shí)代
除了IBM，微軟、谷歌、英特爾都已經(jīng)公布了自己的量子計(jì)算機(jī)開發(fā)計(jì)劃，包括量子計(jì)算機(jī)中的組件，這些組件使用的材料與當(dāng)今計(jì)算機(jī)所使用的不同。
谷歌量子計(jì)算機(jī)谷歌是外界公認(rèn)的量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。谷歌進(jìn)入量子計(jì)算的路徑是：極小的超導(dǎo)電路。原理是用一股無(wú)電阻電流沿電流回路來(lái)回振蕩，注入的微波信號(hào)使電流興奮，從而讓它進(jìn)入疊加態(tài)。目前，谷歌已制造出9量子比特的機(jī)器，并計(jì)劃今年增加至 49 量子比特。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月3日，谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室的Masoud Mohseni、Peter Read、Hartmut Neven及其同事還在《自然》雜志上向外界描述了通向量子機(jī)器的投資藍(lán)圖。他們預(yù)測(cè)在幾年內(nèi)，基于 CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，complementary metal oxide–semiconductor）技術(shù)的可控量子系統(tǒng)，在執(zhí)行特定任務(wù)的速度上就會(huì)超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。
谷歌的研究人員稱，量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域很快就會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)性的技術(shù)突破。但新硬件技術(shù)需要的相應(yīng)算法能否及時(shí)出現(xiàn)還有待探討。但隨著量子計(jì)算機(jī)變得實(shí)用化，對(duì)其進(jìn)行專門優(yōu)化的算法必將逐漸進(jìn)入人們的視野。量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展不僅需要多學(xué)科互動(dòng)，而且需要學(xué)界和業(yè)界緊密配合。制造足夠可靠、可控、商業(yè)化的裝置需要硬件水平的提升；解決現(xiàn)今硬件限制的實(shí)際問(wèn)題需要啟發(fā)式量子算法。
此外，針對(duì)早期量子計(jì)算裝置，谷歌的研究人員還提出了三個(gè)可行的商業(yè)化應(yīng)用：量子模擬、量子輔助優(yōu)化和量子采樣。
京公網(wǎng)安備 11010502049343號(hào)