李佳師

一周前，賽靈思公司CEOVictor Peng對《中國電子報》記者表示，量子計(jì)算還遙遠(yuǎn)并且應(yīng)用場景有限。四周前，英特爾公司美國研究院院長Rich Uhlig在接受《中國電子報》記者采訪時認(rèn)為，量子計(jì)算真正產(chǎn)生實(shí)用價值至少還需要10年。盡管業(yè)界各位大咖都認(rèn)為量子計(jì)算還很遙遠(yuǎn)，但這都無法阻擋量子爭霸的戰(zhàn)火的蔓延，12月2日-6日在美國拉斯維加斯舉行的AWS re： Invent2019 全球大會上，亞馬遜宣布以Braket、AWS量子計(jì)算中心、量子解決方案實(shí)驗(yàn)室組合拳入局量子計(jì)算，加上此前的谷歌、微軟、IBM等在量子領(lǐng)域的種種布局與糾葛，量子之戰(zhàn)越來越熱鬧。

先看這次亞馬遜帶來了什么？亞馬遜首先帶來的是Bracket，它是一項(xiàng)云服務(wù)，通過它科學(xué)家、研究人員、開發(fā)人員、客戶可以自行構(gòu)建量子算法和基本應(yīng)用程序，然后在AWS上進(jìn)行模擬測試。它并非亞馬遜“原創(chuàng)自建”，而是來自亞馬遜與 D-Wave、IonQ和Rigetti三家量子計(jì)算機(jī)公司的合作，通過亞馬遜云提供服務(wù)，這沿襲亞馬遜一貫的做派：“不一定要做原創(chuàng)，但是通過AWS云服務(wù)你可以通達(dá)和獲得每一種可能性?！眲?wù)實(shí)、落地、無風(fēng)險。

在這次大會上亞馬遜同時宣布組建了 “AWS量子計(jì)算中心”和“量子解決方案實(shí)驗(yàn)室”，其中AWS量子計(jì)算中心將匯集來自亞馬遜、加州理工學(xué)院（Caltech）和其他頂級學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)的量子計(jì)算專家，共同研發(fā)量子計(jì)算新技術(shù)。而亞馬遜量子解決方案實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目將客戶與來自亞馬遜及其APN技術(shù)和咨詢合作伙伴的量子計(jì)算專家聯(lián)系起來，發(fā)展內(nèi)部的專業(yè)知識，鑒別量子計(jì)算的實(shí)際用途，加速發(fā)展量子應(yīng)用，產(chǎn)生實(shí)質(zhì)的影響。

通過“從提供落地服務(wù)到構(gòu)建核心競爭力再到拓展生態(tài)伙伴”這樣的三拳組合，亞馬遜能夠把眼前、未來和生態(tài)都牢牢把控。

事實(shí)上，亞馬遜的“量子局”在4年前就已經(jīng)開始布陣，只是最近才變得高調(diào)。而且亞馬遜的“量子局”一揭開面紗就得到了包括波音等合作伙伴們的青睞，波音公司表示期待與AWS合作，而其對于量子計(jì)算的期望是希望它能夠解決航天領(lǐng)域的諸多挑戰(zhàn)，包括基礎(chǔ)材料、系統(tǒng)優(yōu)化、安全通信等方面的研究。

波音的選擇契合了英特爾研究院院長Rich Uhlig對《中國電子報》記者所透露的信息：“量子計(jì)算應(yīng)用于人工智能的時間會比較晚，在此之前有一些更亟待解決的實(shí)用性問題將早于人工智能利用到量子計(jì)算，比如分子建模、量子化學(xué)等?！?/p>

當(dāng)云巨頭亞馬遜入局量子計(jì)算時，人們必然把眼光投向微軟，因?yàn)檫@也是一家云服務(wù)提供商。作為AWS的云競爭對手，微軟的量子計(jì)算更早于亞馬遜“亮劍”。在今年11月6日舉行的Ignite 2019上，微軟發(fā)布了 Azure Quantum量子服務(wù)。Azure Quantum是一個全棧的開放式云生態(tài)系統(tǒng)，通過與1Qbit、Honeywell等公司的合作，微軟提出了各種各樣的跨行業(yè)量子解決方案。用戶可利用Azure中的工具和服務(wù)，構(gòu)建適合自己的量子解決方案。

而微軟的量子計(jì)算也并非一個月前才起步，在2017年，微軟就發(fā)布了量子開發(fā)套件（Quan-tum Developmem Kit）的首個公開預(yù)覽版，以及Q#編程語言、量子計(jì)算模擬器和其他資源。微軟同樣是一家既顧及眼前又放眼未來的公司，而且它也是通過合作，以云的方式來提供量子計(jì)算的服務(wù)。同樣是落地，其量子計(jì)算機(jī)的原型機(jī)權(quán)利來自Honey-weu、IonQ、QCI。相比亞馬遜，微軟更具有殺傷力的地方是在開發(fā)者和社區(qū)。“我們知道，我們不會提出可能的解決方案，我們需要一個全球的社區(qū)?！盡i-crosoft Quantum總經(jīng)理KrystaSvore說。所以微軟大力推動量子開發(fā)社區(qū)，推出量子相關(guān)編程語言與工具，希望其量子之火由開發(fā)者熊熊點(diǎn)燃。

微軟的合作伙伴之一是IonQ，這是一個量子計(jì)算機(jī)供應(yīng)商，而該公司的早期客戶包括了陶氏化學(xué)公司，該公司希望使用量子計(jì)算機(jī)來解決化學(xué)問題。這再一次驗(yàn)證了Rich Uhlig的說法，量子計(jì)算將最先解題于“量子化學(xué)”。

量子計(jì)算的戰(zhàn)火無論是由誰燒起，都需要提及IBM。因?yàn)閺?016年開始，IBM就已經(jīng)提供了訪問其量子硬件的網(wǎng)絡(luò)渠道，2019年1月8日，IBM在CES上展出了量子計(jì)算機(jī)IBM Q Sys-tem One，并表示該系統(tǒng)是世界上首個專為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計(jì)的集成通用量子計(jì)算系統(tǒng)。在今年3月IBM宣布了量子摩爾定律以及當(dāng)時業(yè)界最高的量子位。但是最近谷歌宣布的“量子霸權(quán)”有點(diǎn)惹惱了IBM。

在今年10月23日，谷歌在《自然》（Nature）上發(fā)布論文，向外界證明公司團(tuán)隊(duì)已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”（Quan-rum Supremacy），也被稱作“量子霸權(quán)”。論文中，谷歌設(shè)計(jì)了一個實(shí)驗(yàn)問題，用其團(tuán)隊(duì)的53量子計(jì)算機(jī)破解只需要200秒，而用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)則需要一萬年對此，IBM發(fā)表了公開信，認(rèn)為谷歌的論文以及“量子霸權(quán)”的說法，有很多令人懷疑的地方，谷歌的研究人員選擇以可程式化超導(dǎo)體量子位元（programmablesuperconducting qubits）來開發(fā)量子隨機(jī)亂數(shù)產(chǎn)生電路。在理想的情況下，傳統(tǒng)電腦僅需2.5天便能完成。

谷歌一向善于搶風(fēng)頭，就像人工智能的“代言人”也曾搶了IBM的風(fēng)頭一樣。IBM很早就在人工智能商業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行耕耘，而且也早在1997年就組局了國際象棋大師和深藍(lán)機(jī)器下象棋，在2011年組局了人和Wacson機(jī)器辯論大賽，但是讓大眾認(rèn)識到人工智能風(fēng)潮來臨的“啟蒙運(yùn)動”，依然是由于谷歌的AlphaGo和李世石下圍棋的事件。作為互聯(lián)網(wǎng)公司，谷歌一向在大眾面前有強(qiáng)大的號召力，這次也不例外。

關(guān)于谷歌和量子霸權(quán)的事Rich Uhlig對《中國電子報》記者表示，谷歌量子霸權(quán)的宣布，應(yīng)該說它是量子計(jì)算領(lǐng)域的一個進(jìn)步。但Rich Uhlig同時也說：“量子計(jì)算是否能成為霸權(quán)，需要找到一個非常復(fù)雜的問題，并證明在解決該復(fù)雜問題的過程中，量子計(jì)算的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的計(jì)算方式，這樣量子霸權(quán)才得以成立。從選取題目的角度看，谷歌并沒有找到一個現(xiàn)實(shí)世界的難題來解，所以在這一點(diǎn)上稱其為霸權(quán)并不十分合理。因?yàn)榱孔佑?jì)算真正的目標(biāo)不是實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)，而是實(shí)現(xiàn)量子實(shí)用性?！彼栽谶@場口水戰(zhàn)中，英特爾同樣沒有給谷歌投贊成票。

在全球量子的競技場上，英特爾同樣在賽道上，Rich Uhlig透露，英特爾的量子計(jì)算研究是從兩個方向來推進(jìn)的，既包含了超導(dǎo)量子，也包含自旋量子。在早期時候英特爾是使用多管齊下的方式進(jìn)行研究的，最近英特爾內(nèi)部已經(jīng)將研究技術(shù)路線更聚焦在硅自旋量子計(jì)算上，并在這方面取得了相當(dāng)良好的進(jìn)展，無論是從制造量子位，還是從控制技術(shù)的角度來看（自旋量子要求低溫的控制環(huán)境），都取得了非常不錯的進(jìn)展。

但Rich Uhlig同時表示，量子計(jì)算真的還在早期，因?yàn)椤傲孔佑?jì)算能解決多少問題，與量子位的數(shù)量、規(guī)模成比例，，為什么量子計(jì)算解決問題的多少與量子位的數(shù)量、規(guī)模有關(guān)？因?yàn)榱孔游环浅４嗳?，可能在毫秒之間就發(fā)生分解，所以需要開發(fā)一些技術(shù)使得周圍的環(huán)境對量子位有更大的寬容度，要想讓量子位長期存在，需要有很多糾錯電路，來確保在功能上物理的量子位能達(dá)到邏輯量子位的要求。

關(guān)于物理量子位與邏輯量子位之間的關(guān)系，英特爾中國研究院院長宋繼強(qiáng)對記者表示，一個物理的量子位，就是拿一個晶體管做自旋量子位Spin Qubit。但物理量子位非常脆弱，而且它們糾纏的時間非常短，需要檢測它的狀態(tài)是不是穩(wěn)定，通常需要在多個物理量子位上面加一層糾錯電路，才能形成一個邏輯量子位，這個邏輯量子位才能用來做算法計(jì)算，所以用多個物理量子位才能變成在算法層面可用的長效邏輯量子位。

“這意味著需要有幾千、上萬甚至是百萬個物理的量子位以及相關(guān)的解密編碼等，才有可能讓量子計(jì)算進(jìn)入可適用階段”Rich Uhlig說?，F(xiàn)在才54個量子位，所以量子計(jì)算是一個馬拉松，現(xiàn)在才跑完了第一英里，目前很多選手都在跑，英特爾是其中之一，這就是現(xiàn)狀，而現(xiàn)在還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上竟?fàn)幐窬帧?/p>

盡管量子計(jì)算還在早期，但是科技巨頭與美國一點(diǎn)也沒有放松對它的投入。2018年12月，美國總統(tǒng)特朋普簽署了《國家量子倡議法案》，在成立科技政策辦公室（OSTP）的同時，也宣布將在未來五年撥款12億美元支持量子計(jì)算的研發(fā)。從美國的國家量子倡議法案到谷歌、IBM、微軟、亞馬遜、英特爾的積極布局，都在詔示一個道理：量子計(jì)算需要盡早規(guī)劃和投入了。