豪利国际 科技巨头竞逐“量子霸权”

2020-01-09 08:14:05

豪利国际 科技巨头竞逐“量子霸权”

豪利国际,虽然“谷歌已经实现量子超级统治”的消息尚未得到证实,但量子计算机的发展速度是不可阻挡的。

去年12月,笔记本电脑可以模拟谷歌最好的量子电脑。到今年1月,一台功能强大的台式电脑将与之媲美。当“量子霸权”实现时,经典计算机的速度将不再能够模拟量子计算机。

量子计算的第一阶段

谷歌有望成为第一家宣称“量子霸权”的公司。谷歌早在去年就与美国宇航局合作实现“量子霸权”。根据事先泄露的文件,谷歌已经能够使用一台53量子位的量子计算机来完成传统建筑计算机无法完成的任务——在世界第一次超级计算机峰会要求的一万年实验中,谷歌的量子计算机只花了3分20秒。

这是迄今为止量子计算机已经超越传统建筑计算机并变得实用的最强有力的标志。与所有已知的经典算法相比,这一巨大的加速度实现了实验中计算任务的量子霸权,并预示着期待已久的计算范式的出现谷歌在报纸上写道。

然而,美国宇航局很快删除了这篇文章,谷歌官员没有对此发表评论。严谨的科学家认为这可能是一个未经证实的实验,一篇未完成的论文提前泄露了。“谷歌的实验很可能没有得到认证,提前泄露,甚至可能导致相关的法律诉讼。”香港科技大学量子物理教授告诉第一财经记者。

目前还无法确定谷歌是否真的实现了所谓的“量子霸权”,这意味着当量子计算机达到50位时,其计算能力将超过世界上最快的传统计算机,实现“霸权”。然而,谷歌和ibm都分别于2017年11月和2018年3月宣布实现50和72个量子位原型。

今年3月3日,来自谷歌量子人工智能实验室的三名科学家在《自然》杂志上发表了一篇文章,指出:“量子计算正接近一个历史性的里程碑——量子霸权。尽管我们仍然不知道与应用相关的算法能否快速提高计算速度,但只要量子计算的硬件,即量子计算机的性能足够强大,我们就可以测试和开发新的算法。”

量子计算机的发展目标分为三个阶段:第一阶段是“量子霸权”阶段;第二阶段是实用量子模拟阶段(practical quantum simulator stage),一个实现数百个量子比特相干操控的专用量子计算系统,应用于组合优化、量子化学、机器学习等方面,具有实用价值,指导新材料设计、药物开发等。第三级是通用可编程量子计算机级,它可以相干处理数亿个量子位,实现容错量子计算机。它可以在经典密码破解、大数据搜索、人工智能等方面发挥巨大作用。

“如果这三个阶段都完成了,这意味着人类已经实现了量子计算机的梦想。这将是实现第二次信息革命,全面进入量子信息时代的标志。”中国科技大学的助理研究员张文卓告诉《第一财经记者》。

目前,整个世界仍处于竞争的第一阶段。在美国,从谷歌到ibm,在中国,从阿里巴巴到腾讯,世界顶尖科技公司都在竞相制造第一台实用的量子计算机。

量子计算机的“误解”

欧洲量子通信领袖、日内瓦大学教授尼古拉斯吉辛(Nicolasgisin)告诉《第一财经新闻》:“谷歌的论文很可能会作为科学文章发表。它还没有发布。这篇文章可能是正确和真实的。即使谷歌量子计算机计算的主题是人为设定的,经典计算机也难以触及。”

吉森教授还说量子计算机解决实际问题不会太远。

目前,科学家们已经开始模拟量子计算来解决新药开发和基因测序中的复杂问题。麻省理工学院的彼得舒尔教授最近在科学技术大学的墨子沙龙上说:“我认为,一些实用的量子计算机可能需要至少十年或更长时间才能对相对较大的数字进行因式分解,从而产生实际效果。”

肖教授还说,很难将量子计算机的速度与经典计算机的速度进行比较,经典计算机似乎无法回答“火车比轮船快多少的问题”。"这不仅取决于运输方式,还取决于目的地."肖教授说。

他认为人们仍然对量子计算机有很多误解,不应该仅仅从速度的角度来比较量子计算机和经典计算机。“量子计算机不仅是经典计算机的更快版本,也是公众中常见的误解。他们认为对计算机来说,最重要的是空间和速度,而不是内存和存储。”肖尔教授解释说,“量子计算机上的每一步几乎肯定比传统计算机更复杂。然而,量子计算机可以大大减少利用量子力学特性的算法所需的部署,从而加快计算速度,这在传统计算机中是不可得的。”

中国科学院院士、中国科技大学教授潘建伟(Pan Jianwei)表示,开发这样一台全功能量子计算机和量子模拟器需要很长时间,但人们已经开始使用一些局部量子模拟,或者所谓的“半量子模拟”来做相应的工作,从而支持我们的机器学习等,这也具有很大的实用价值。

据波士顿咨询公司(bcg)援引一些制药行业高管的估计,量子模拟可以将药物发现率提高5%-10%,并节省15%-20%的研发时间。同时,他们也相信更好的分子设计将提高药物批准的效率。波士顿咨询公司预测,在制药行业,量子计算市场将在2030年达到200亿美元,化学和材料科学等科技密集型行业将达到70亿美元。

波士顿咨询公司援引一家大型制药公司R&D部门负责人的话说:“在原子层面上,目前的高性能计算无法处理大多数模拟,量子计算可以将药物发现的概率提高一倍。在美国,如果复杂的量子模拟可行,10%的公司愿意为此承担成本,这相当于150亿到300亿美元的量子计算市场机会。事实上,目前高性能计算的全球市场是100亿美元。”

竞争

尽管谷歌如果率先宣称实现“量子霸权”将是一大进步,但谷歌的美国竞争对手ibm并没有因此感冒,而是提出了一个名为“量子优势”的概念。ibm量子计算战略负责人罗伯特·苏托(Robertsutor)表示:“量子优势是量子计算机在真实应用场景中比任何经典计算机都做得更好,比如金融服务、人工智能和化学。”

Ibm一直在探索量子计算的应用,并在网上开通了一个53位通用量子计算机ibmq。位于纽约的量子计算机从去年5月开始在线运行。今年早些时候,ibm宣布量子计算机商业化,希望更多的研究人员能够使用其在线量子计算系统。未来,这种量子计算机有望用于更多领域,例如发现新材料和药物,以及使人工智能更加强大。

然而,谷歌研究所和加州理工学院的理论物理学家布兰多(Blando)认为,在实现“量子霸权”之前,量子计算机不能做任何有趣的事情。

张文卓告诉第一财经记者:“实现量子计算有许多种物理方案,它们相互竞争。ibm和谷歌有不同的系统。离子阱方案不能在很大程度上扩展。相比之下,谷歌使用超导电路方案,原则上可以无限期延长。这样一来,谷歌的计划就有了更大的前景。”

谷歌科学家认为,在未来几十年,学术界、工业界和国家实验室需要共同开发量子模拟和量子机器学习的算法。“谷歌将提供对基于云服务的谷歌量子处理器的访问,以支持缺乏资金、技术和基础设施支持的机构的研究。”谷歌研究人员说。

根据谷歌的定义,最终的量子计算机将能够容忍噪音和错误,并且原则上可以处理任何问题。理论上,他们需要更强大的处理器来容纳更多的量子位,他们还需要机器冗余来实现纠错,但这种技术至少需要10年才能实现。

关于量子计算机的商业化前景,谷歌表示:“对于量子计算的保守估计,投资者只期望长期回报。尽管如此,我们仍然相信,随着五年内小型量子计算机的逐渐崛起,短期回报仍然是可能的,尽管这些设备无法实现完全纠错。”

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