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综述:量子计算竞争面临关键时刻

2017-11-20 02:04:45

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  新华社华盛顿11月19日电 综述:量子计算竞争面临关键时刻

  新华社记者 林小春

  近日,美国IBM(国际商用机器公司)宣布成功研制一款50量子位处理器原型。业内专家表示,尽管不清楚该处理器原型的性能细节,但这一事件说明“量子霸权”争夺战正进入关键期,不过量子计算距实际应用仍有距离。

  “量子霸权”激烈竞争

  过去18个月中,IBM先后对外推出5和16量子位处理器。此次,该公司又宣布成功研制20量子位处理器,其量子位状态(即相干时间)能维持创纪录的90微秒。但更引人注意的是,它还宣布成功构建具有类似性能指标的50量子位处理器原型。

  50量子位被认为是量子计算中的一个里程碑。业界讨论中常用的一个词是“量子霸权”,这是指如果量子计算机的计算能力超过经典计算机,就实现了相对于经典计算机的“霸权”。有观点认为,量子计算机在有50量子位后就能实现“量子霸权”。

  业界巨头在为这个目标激烈竞争。除了IBM外,谷歌、英特尔和微软等也投入大量研发资金。谷歌一直被视为“领头羊”,已推出9量子位的机器,并宣布将于今年年底前公布49量子位系统。

  “IBM发布这一消息是为了赶超谷歌?人们免不了有这样的怀疑,”美国得克萨斯大学奥斯汀分校量子信息中心主任斯科特?阿伦森告诉新华社记者,“大家清楚谷歌和IBM是目前超导量子位技术的两大领先者,它们的水平大致旗鼓相当。”

  超导量子计算是实现量子计算的一种方式。就在一个月前,英特尔宣布推出17量子位超导计算测试芯片。中国科学技术大学潘建伟团队曾于今年5月宣布实现10个超导量子比特的纠缠,在基于超导体系的量子计算机研究方面取得突破性进展。

  阿伦森说,全球还有其他许多团队在使用不同方法研制量子计算技术,他对接下来一年左右时间可能有某个公司赢得“量子霸权”争夺战而兴奋。

  “很显然,建造量子计算机现在是一个世界范围内的竞赛,”阿伦森说,“IBM的宣布并不会使竞赛平息,因为真正的问题不是有多少个量子位,而是能用这些量子位做些什么。”

  量子位数量并非全部

  IBM宣称的50量子位处理器原型到底处于什么水平?阿伦森说,IBM没有发表任何研究论文,很难知道该处理器原型的技术细节,所以他在表示祝贺的同时,也有一些疑问,包括该处理器原型的相干时间到底是多少?使用了多少量子门?这个系统足以进行“量子霸权”演示吗?

  “量子位的数量远不是唯一的关键因素。否则按这个算的话,(加拿大)D波公司已在销售的一个系统已经有2000个量子位了,问题在于这些量子位似乎没有足够好的相干时间,以至于该系统没有任何方面明显胜过经典计算机。”他说。

  D波公司的系统与IBM、谷歌等研制的系统完全不同,它无法进行逻辑门运算,相干时间也难以考据,许多研究人员认为称它为量子计算机不妥。

  美国马萨诸塞大学研究超导量子电路的助理教授王晨持类似看法。他说,IBM做得怎么样,归根结底还是要看它们的50个量子位连在一起性能如何。

  “对于超导量子计算机,印制成千上万个量子位并不是根本性的难点,难点在于如何让它们的量子态精确无误地相互作用,”王晨说,“鉴于IBM没有提供(50量子位原型)任何具体信息,所以我们无法评价。”

  量子计算实用尚需时日

  阿伦森提醒,即便将来实现了“量子霸权”,距量子计算进入实用可能还需要一段时间,“我们目前最好的猜测是,以比任何经典计算机快得多的速度来解决‘实际’问题,可能至少需要100到200个量子位”。

  他预测,量子计算的第一批应用将涉及量子物理本身的模拟,以进一步了解在工业上起重要作用的化学过程、设计新药物、研究高温超导等。“如果这些都很顺利,我们可能在未来5年看到这样的应用,但没有人能给出确切答案”。之后,才有可能使用更大型的量子计算机来解决其他任务,包括破解密码等。

  “从IBM、谷歌、微软和许多初创企业和风险投资公司目前在这个领域投入巨资的角度看,量子计算已经走向商业化了,”阿伦森说,“但如果从量子计算机达到比经典方式更快解决问题的标准看,量子计算尚未商业化,可能再过一些年也不能商业化。”

  王晨同样认为,从实际应用看,50量子位的量子系统并不代表它就可以做任何有意义的、经典计算机无法做的运算。

  “真正意义上的数字化量子计算需要大量的量子位来存储少量信息,以实现可纠错运算,这个方面我们现在还差得比较远,”王晨说,“但5到10年以后,我觉得还是挺令人乐观的。对于一些特殊的科学模拟和计算,几百、几千个量子位可能就可以有用武之地。”

  对于中国的量子计算研究,王晨认为,虽然中国超导量子系统的研究开展得相对较晚,但目前有好几个组集中力量在做,进展很快。“现在大家的竞争主要是学术层面的,实验上需要一些技术积累,但主要技术也都是公开的,所以大家之间的差距并没有多大”。

原标题: 综述:量子计算竞争面临关键时刻


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