谷歌、IBM、英特尔、微软这波量子竞赛,赛事如何?
来源:    发布时间:2019-12-17    

国际科学-头条号 

2019年10月,谷歌向国际展现了一幅超凡著作——Sycamore凯发k8官网量子处理器。这块集成了54个量子位的芯片,声称能在200秒内完结一项需求消耗人类已有的最强经典核算机一万年时刻的使命。

这么一来,谷歌抢先同行们几个身位,摘下所谓的“量子霸权”的招牌好像顺畅成章。但很快,谷歌的老对头IBM就出来揭底,他们标明谷歌忽悠的一万年使命交给优异的经典核算机去做,实际上两天半足矣。

不论谷歌和IBM哪个没羞没臊,哪个真枪实弹,这场关于量子核算机的军备比赛才刚刚开端。在制作出第一台真实有用的量子核算机之前,每一位竞争者都或许暗沟翻船,或是弯道超车,或是一骑绝尘……

除谷歌外,包含IBM、英特尔、微软以及许多草创公司在内的研讨部队都在开发量子核算机。同行们不是茹素的,在惊世骇俗的Sycamore周围,挺立着许多其他巨子们所获得的里程碑式效果。

咱们无妨来看一看几位头部大佬在量子比赛里已获得卓著战绩以及他们后续会有的大动作。

技能活儿哪家更好?

所谓的量子核算机,或者说量子处理器,便是一块由量子位组成的芯片。

各研讨部队都在致力于找出将量子位建构成量子核算机的最佳办法。假如有哪一家的建构办法可以锋芒毕露,那么量子霸权的归属就会重新分配。

谷歌的量子核算机是经过超导量子位建构而来的:超导量子位由放置在绝缘体中的超导导线制成。在谷歌开端试验之前,研讨者们对这种办法的了解现已很深化了,这为他们的成功奠定了必定根底。

可是超导量子位很大且很难缩小。50个量子位的调集是现在人们可以操控的标准,但真实能派上用场的量子核算机或许需求上千乃至上百万个量子位。

英特尔正致力于研讨超导量子位和自旋量子位。自旋量子位经过运用微波脉冲操作电子的方历来打开作业。这些量子位可以在比其他类型量子位能接受的更高的温度下作业。并且它在当时电子设备间的集成或许更简略。英特尔公司的吉姆•克拉克标明,自旋量子位的这些特色使得人们更简略添加其数量或减小其体积。

微软则决议挑选另一种办法。不必超导量子位,也不必自旋量子位,而是凭借依赖于准粒子的拓扑量子位。所谓的准粒子可以看作是一种行为表现像粒子的能量包。

德克萨斯大学奥斯汀分校的斯科特•亚伦森说道:“问题在于,人们需求发明出一种史无前例的新物质办法。”

有一些直接依据标明,准粒子是可以被发明出来的。拓扑量子位的优点在于,它们可以天然地纠正某些进入量子核算机的过错。

亚伦森标明:“对量子核算机的纠错是个比所谓的量子霸权更严重的技能难点,咱们计划下一步完成这个技能。”

谷歌也对纠错技能凶相毕露,他们麾下的量子物理学家约翰•马提尼斯近期在新闻发布会上标明,该公司的研讨人员将在未来一两年内进行纠错试验。

那接下来呢?咱们大略可以意料,超导量子位会持续晋级,而与此同时,其他类型的量子位也将被制成够得上量子霸权的核算机。

再开展十几二十年,咱们或许真的可以看到能进行有用核算的量子核算机。那所谓的有用核算是什么的核算呢?换句话说,它可以用来处理哪些人类的实际问题?

它能干啥用?

第一个用场很或许会派在化学范畴。天才物理学家理查德•费曼曾说:“天然不是古典的,假如您想仿照天然,那么最好将其量子化。”

化学反应中的分子或原子都在以不同办法相互效果着。假如你要把一切的相互效果都组合起来,然后以第一性的办法去模仿,那么不知其几千里也的超大核算体量就会让传统核算机算个不知其几千年也。溃散是无法防止的,溃散到摔电脑的那种。

可是,量子核算机特别拿手处理这种超大体量的相互效果组合。微软的研讨人员标明,在经典核算机上模仿一个水分子需求16000位;可是量子核算机只需求24个量子位。

哈布二氏法是一种经过氮气及氢气发生氨气的办法,为国际各地的农作物出产着肥料,但它现在还归于动力密集型的出产办法,其每年制作的二氧化碳排放占全球总量的1%。因而,化学家正在寻觅更高效的代替办法。

长于让化学反应的模仿核算变得简略的量子核算,就可以在改善哈布二氏法,算出更优的氨气出产模型上大展拳脚。微软团队估量,仅100量子位的处理器就足以算出这个最优理论模型。

量子核算机也很有或许协助咱们更深化地了解超导现象。当电荷在没有阻力的状况下穿过资料时,这种独特又有用的超导现象就会呈现。超导可以极大地进步电力系统的功率。

但现在,咱们只能在极冷的状况下制作超导资料,这需求许多能量,然后约束了其运用。经过不断测验资料中原子相互效果的办法,量子核算机或许可以解锁出在更高温度下制作超导体的办法。

制药职业也可以从量子核算中获益。依据蛋白质分子链段与外力的相互效果来猜测蛋白质怎么折叠是药物规划中非常重要的一环。量子核算机可以大大缩短澄清不同蛋白质怎么效果所需求的时刻。国际各地的团队都在致力于研讨能完成这一方针的量子算法。

昨天和明日

当然,以上所述的量子核算运用还处于探究阶段。传统核算机一开端被用于履行核算以及破解暗码这样的技能使命,大约一个世纪之后,它以手提电脑的办法被装进了数十亿人的电脑包。

量子核算机从概念的提出到现在差不多开展40个年初了。依照现在态势来看,它还需求再阅历几十年的韶光才干惠及群众,短期内咱们不能奢求它飞天遁地。西班牙格拉纳达大学的胡安•贝尔梅乔-维加标明:

“现在巨子们所宣扬的‘霸权’这个词语让咱们发生了一个幻觉,那便是咱们好像现已完成了量子技能的革新。每个人都希望这些机器在未来五年内鲲鹏展翅惠泽全人类。但其实咱们都还没正式敞开量子核算的前史。未来五年该范畴的增加是缓慢的。”

那么在过往的40年里,发生过哪些大事件呢?咱们一同回忆一下:

1980年

保罗•贝尼奥夫描绘了核算机的第一个量子力学模型。该模型标明量子核算机在理论上是或许的。

1985年

大卫•德意志提出了通用量子核算机的概念:一种数学上了解量子核算机上或许发生的状况的办法。

1994年

彼得•索尔开发了Shor算法。Shor算法能协助量子核算机比最佳经典算法更快地分化许多数据。

1995年

几位研讨人员独立提出了第一种量子纠错办法。该办法可以主动修正在量子核算机中简略呈现的过错。

1997年

初次证明了单光子的量子隐形传态。量子隐形传态指的是量子信息从一个当地传输到另一个当地。

1998年

牛津大学的研讨人员初次在2量子位的量子核算机上运转量子算法。

2001年

IBM和斯坦福大学的一个团队在一个7量子位的量子核算机上运用Shor算法寻觅15的因数。该核算机由数十亿个试管内的分子组成。

2009年

研讨人员研制出了第一个电子量子处理器。该2量子位超导芯片由超导电子电路中的十亿多个铝原子构成。

2012年

约翰•普雷斯基尔发明了“量子霸权”一词,用以描绘量子核算机处理传统核算机无法处理的问题的潜力。

2013年

谷歌、NASA和美国大学太空研讨协会宣告发动量子人工智能试验室。

2019年1月

IBM推出首款商用的量子核算机Q System One。Q System One由20个量子位组成。

2019年10月

谷歌发布Sycamore量子处理器。

40年开展把量子核算机推进了一个全新的高速轨迹,关于未来,许多研讨者都作出了之后40年内的猜测:

2020年代

完成不同类型的量子核算机,例如用软禁离子或自旋量子位构成的量子核算机。

使用纠错算法创建出愈加安稳、能进行更长的时刻核算的量子核算机。

2030年代

量子核算机开端以与现在的经典核算机相同的办法投入运用,在化学、资料科学、药物规划以及金融服务等范畴中发挥效果。

2040年代

量子核算机包含了数百万个量子位。这使它们可以破解当时大部分用于维护互联网安全的加密技能。

2050年代

量子核算开端走入人们的日常日子。一些运用会将它们的部分处理作业转移到云端的量子核算机。

而关于更悠远的未来,克拉克标明:“四五十年之后它还会变成啥样,那我也不知道了。”

Race for useful quantum devices has begun

What can we do with a quantum computer?