微軟資深高管 Todd Holmdahl 將帶領(lǐng)科學(xué)家、工程師團(tuán)隊(duì)，打造量子計(jì)算機(jī)的軟硬件
微軟在量子計(jì)算領(lǐng)域不斷發(fā)力，有望利用“拓?fù)淞孔颖忍?rdquo;研制出可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)。
這一項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人是微軟公司副總裁 Todd Holmdahl。他曾成功地將微軟的多個(gè)重要的研究成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，這其中就包括 Xbox、Kinect 和 HoloLens。這次，Todd 將帶領(lǐng)一個(gè)由科學(xué)家和工程師組成的團(tuán)隊(duì)，為量子計(jì)算機(jī)打造軟件和硬件。
“我們正在從基礎(chǔ)研究向工程開發(fā)邁進(jìn)。”Todd 介紹說。
盡管誰也無法保證在探索未知的道路上永遠(yuǎn)一帆風(fēng)順，但他認(rèn)為公司在量子計(jì)算方面的長期研究已取得了豐碩成果，并在研制可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)方面思路清晰。
“一旦研制成功，它將對世界產(chǎn)生巨大的影響。因此適當(dāng)?shù)拿半U(xiǎn)是值得的。而且我認(rèn)為現(xiàn)在也是正當(dāng)其時(shí)。”
微軟已聘請了量子計(jì)算界兩位領(lǐng)袖人物，Leo Kouwenhoven 和 Charles Marcus，另兩位業(yè)界大牛 Matthias Troyer 和 David Reilly 也將很快加入該團(tuán)隊(duì)。
Marcus 是丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯·玻爾研究所的教授，并在丹麥國家研究基金會(huì)支持的量子設(shè)備中心擔(dān)任中心主任。
Kouwenhoven 是荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的杰出教授，并兼任量子技術(shù)高級研究中心（QuTech）的創(chuàng)始主任。
2014 年，Leo Kouwenhoven（左）和 Charles Marcus（右）在加州圣芭芭拉微軟 Station Q 大會(huì)上的合影
Marcus 和 Kouwenhoven 已與微軟量子計(jì)算項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合作多年。加入微軟后，他們?nèi)詫⒈Ａ舸髮W(xué)的學(xué)術(shù)職務(wù)，并繼續(xù)各自的課題研究，同時(shí)參與微軟在這兩所大學(xué)建立專門量子實(shí)驗(yàn)室的工作。
兩位研究員都認(rèn)為，加入微軟是他們將研究成果運(yùn)用于可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)研制的最佳途徑。
“這太令人激動(dòng)了。”Kouwenhoven 說，“我讀書時(shí)就在研究量子計(jì)算，那時(shí)我們對它到底能有什么實(shí)際應(yīng)用還一無所知。”
Kouwenhoven 與微軟的合作開始于一次偶然的機(jī)會(huì)。一次參觀完微軟位于加州圣芭芭拉的實(shí)驗(yàn)室后，他與實(shí)驗(yàn)室主任、拓?fù)鋽?shù)學(xué)家 Michael Freedman 在海邊散步。當(dāng)時(shí)的談話非常令人振奮。
經(jīng)過多年的研究合作，Kouwenhoven 說，他們現(xiàn)在需要工程師的參與，以幫助項(xiàng)目真正落地。
“到目前階段，工程開發(fā)對推進(jìn)項(xiàng)目的科學(xué)研究會(huì)有重要幫助。” Kouwenhoven 說。
因?yàn)槲④浺兄频慕^不是一臺(tái)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的量子計(jì)算機(jī)。
微軟希望創(chuàng)造出可靠工具，讓那些非量子計(jì)算領(lǐng)域的專家也可以用它來解決今天最棘手的問題?？梢灶A(yù)期，它所引發(fā)的“量子經(jīng)濟(jì)”將帶動(dòng)醫(yī)藥和材料科學(xué)等行業(yè)的變革。
Marcus 與微軟的合作開始得更為偶然。幾年前的一次宴會(huì)上，他恰好坐在 Freedman 旁邊，那次的交流讓他意識(shí)到只有科學(xué)家與工程師更緊密地合作，量子經(jīng)濟(jì)才有可能實(shí)現(xiàn)。
Marcus 說：“我知道要克服所有困難，制造出前所未有的機(jī)器，我們必須改變做事方式。我們需要有科學(xué)家、工程師、技師、程序員共同組成的團(tuán)隊(duì)。”
Troyer 目前是全球著名學(xué)府瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)物理學(xué)教授。他的研究領(lǐng)域包括量子材料模擬、量子設(shè)備測試、量子算法優(yōu)化和量子計(jì)算機(jī)的軟件開發(fā)。
實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家 Reilly 是澳大利亞悉尼大學(xué)量子機(jī)中心的教授兼中心主任。他領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)正在致力于量子系統(tǒng)的擴(kuò)展。
研制量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)建基塊
微軟研制量子計(jì)算機(jī)的方法基于一種被稱為“拓?fù)淞孔颖忍?rdquo;的量子信息單位。
量子比特是研制量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵構(gòu)建基塊。研究員們認(rèn)為利用量子比特，計(jì)算機(jī)可以快速并行處理多個(gè)解決方案，而不是逐個(gè)為之。
但擋在實(shí)用性量子計(jì)算機(jī)研制工作前面的巨大障礙之一是量子比特非常不穩(wěn)定。只有處于一個(gè)零干擾的環(huán)境，量子系統(tǒng)才能保持其工作狀態(tài)，因此，量子計(jì)算機(jī)必須被放置在超低溫的獨(dú)特環(huán)境下。
微軟團(tuán)隊(duì)相信拓?fù)淞孔颖忍啬軌蚋玫貞?yīng)對溫度、電噪聲等因素的干擾，使它們能夠長時(shí)間保持量子狀態(tài)，讓它們更具實(shí)用性，更有效地工作。
Holmdahl 說：“拓?fù)湓O(shè)計(jì)受環(huán)境變化的影響較小。”
在研制量子計(jì)算機(jī)樣機(jī)的同時(shí)，微軟還開始研發(fā)相應(yīng)的量子計(jì)算軟件，以便在系統(tǒng)開始運(yùn)行的第一天就能高效地解決復(fù)雜問題。
“這就好像傳統(tǒng)的高性能計(jì)算，我們不僅需要硬件，還需要軟件。”Troyer 解釋說。
這對于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)來說也再合理不過：兩個(gè)系統(tǒng)能共同解決問題，各自的研究工作還可以相互促進(jìn)。
“量子計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)不止量子比特。”Reilly 解釋道，“它還包括硬件系統(tǒng)，和連接外部世界的各種接口。”
更智能的云和解決棘手問題的能力
專家們說他們可以通過量子硬件和軟件，創(chuàng)造出強(qiáng)大的計(jì)算能力，解決從氣候變化、饑餓到眾多疾病等世界上最緊迫的問題。
原因之一是這些計(jì)算機(jī)能模擬物理系統(tǒng)，加速藥物開發(fā)或提升我們對植物的認(rèn)知。研究員們認(rèn)為智能云的計(jì)算能力將因此而呈指數(shù)級遞增，就相當(dāng)于將移動(dòng)電話演變?yōu)橹悄苁謾C(jī)。
Holmdahl 說：“這是一個(gè)將量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用于材料學(xué)的真正機(jī)會(huì)。很多今天的計(jì)算機(jī)還束手無策的問題，我們相信量子計(jì)算機(jī)能在相當(dāng)短的時(shí)間里找到答案。”
Kouwenhoven 認(rèn)為這也適用于量子物理領(lǐng)域的研究，例如暗物質(zhì)研究和宇宙認(rèn)知等最基礎(chǔ)的問題，“如果能用量子計(jì)算機(jī)解決這些量子問題，那一定會(huì)很有趣。”他說。
晶體管和煙灰缸
未來會(huì)怎樣無人知曉。計(jì)算機(jī)科學(xué)家常說，第一個(gè)晶體管剛被發(fā)明時(shí)，它的創(chuàng)造者們根本無法想象智能手機(jī)會(huì)由此而生。
“我猜（上世紀(jì)）40、50 年代他們琢磨第一個(gè)晶體管時(shí)，肯定不知道人們將如何使用它。我想我們現(xiàn)在就是這種感覺。”Holmdahl 說。
晶體管的發(fā)明者之一 Walter Brattain 來自于華盛頓州 Tonasket 小鎮(zhèn)，是 Holmdahl 的同鄉(xiāng)。作為一個(gè)科技?xì)v史愛好者，Holmdahl 一直對 Brattain 的一生很著迷。
憑借量子計(jì)算，Holmdahl 認(rèn)為自己將有機(jī)會(huì)成為 Brattain 追隨者中的一員。
“有機(jī)會(huì)開創(chuàng)下一代晶體管倒并不至于讓我飄飄然、迷失自我。” Holmdahl 說。
踏上這一崗位，Holmdahl 還是得到了他 20 歲兒子的啟發(fā)：如果你發(fā)現(xiàn)自己是這張桌上最聰明的一個(gè)人，你就該找張新桌子了。
“這對我來說絕對是一張新桌子。” Holmdahl 說，這位斯坦福大學(xué)畢業(yè)的工程師現(xiàn)在會(huì)利用空余時(shí)間閱讀有關(guān)量子物理學(xué)和量子糾纏的資料。
當(dāng)談及量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展前景，Marcus 常常談起家里曾經(jīng)的一輛汽車。買的時(shí)候，那輛汽車有當(dāng)時(shí)最好的配置，儀表盤上甚至還裝了一個(gè)能把煙灰直接從香煙上吸走的煙灰缸。
馬庫斯常想當(dāng)時(shí)一定有不少人認(rèn)為這種煙灰缸就是汽車技術(shù)發(fā)展的巔峰。
他說：“他們設(shè)計(jì)這種煙灰缸時(shí)，一定想不到還會(huì)有無人駕駛汽車。”
同樣的事也會(huì)發(fā)生在計(jì)算能力上。
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