在 CES 2020 IBM 的站臺(tái)上，一個(gè)龐然大物吸引了來(lái)往人流的目光。這個(gè)玻璃外殼的大家伙，就是 IBM 的量子計(jì)算機(jī) Q System One，盡管看上去很想老電影中的舊式計(jì)算機(jī)，但它毫無(wú)疑問(wèn)代表著最前沿的技術(shù)。
圖片來(lái)自 cnet
對(duì)于非行業(yè)人士來(lái)說(shuō)，量子計(jì)算實(shí)在有些遙遠(yuǎn)，但實(shí)際上，量子力學(xué)的相關(guān)技術(shù)，以及量子計(jì)算機(jī)，已經(jīng)開(kāi)始在越來(lái)越多的領(lǐng)域開(kāi)始被采用，比如醫(yī)療、金融、網(wǎng)絡(luò)安全、農(nóng)業(yè)等。
而主流玩家們的軍備競(jìng)賽，也已經(jīng)進(jìn)行了十年有余。IBM 把計(jì)算機(jī)直接搬到了 CES 現(xiàn)場(chǎng)，毫無(wú)疑問(wèn)是在造勢(shì)，它不愿意讓量子時(shí)代的“頭號(hào)玩家”旁落。
走出實(shí)驗(yàn)室？
量子計(jì)算的主要玩家們，在努力讓量子計(jì)算機(jī)走出實(shí)驗(yàn)室。
去年的 CES 上，IBM 宣布推出 Q System One，并表示這是“世界上第一個(gè)為科學(xué)和商業(yè)用途而設(shè)計(jì)的完全集成的通用量子計(jì)算系統(tǒng)”，實(shí)際上，這一系統(tǒng)于 2017 年推出，IBM 選擇通過(guò)云服務(wù)開(kāi)放這臺(tái)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算力。
今年 IBM 官方表示，在過(guò)去的兩年半時(shí)間里，有來(lái)自 160 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的 106000 多名用戶已經(jīng)通過(guò)云體驗(yàn)到了量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大，期間累計(jì)運(yùn)行 670 萬(wàn)個(gè)程序。
IBM 也介紹了 Q System 生態(tài)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)社區(qū)的合作伙伴方面，近期新增成員包括阿貢(Argonne)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、歐洲核子研究中心、埃克森美孚、費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。
而下游客戶方面，在CES 現(xiàn)場(chǎng)，IBM 就演示了與戴姆勒的合作。不少電動(dòng)車企業(yè)都投身到了固態(tài)電池的研發(fā)中，為了尋找固態(tài)鋰電池，對(duì)含鋰分子的行為建模，這時(shí)候就需要龐大的算力支持，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要大量時(shí)間才能完成這樣的運(yùn)算，而量子計(jì)算機(jī)可以輕松實(shí)現(xiàn)。
這只是其中的一個(gè)應(yīng)用，實(shí)際上，IBM 在 CES 上宣布，截至目前，已經(jīng)有超過(guò) 100 家組織使用 IBM 的量子計(jì)算服務(wù)，包括航空，汽車，銀行，金融，能源，保險(xiǎn)和電子等行業(yè)，大客戶包括達(dá)美航空、戴姆勒、摩根大通、安森保險(xiǎn)等。
此外，IBM 還表示目前已經(jīng)有 200 多篇關(guān)于量子計(jì)算實(shí)際應(yīng)用的第三方研究論文發(fā)表。
研究公司 Gartner 的分析師 Matthew Brisse 表示，IBM 的進(jìn)展證明里量子計(jì)算不再只是局限于實(shí)驗(yàn)室。Gartner 的報(bào)告還顯示，量子計(jì)算的成熟還需要五到十年，但是到了 2023 年，預(yù)計(jì)將有五分之一的組織（包括企業(yè)和政府）預(yù)算用于量子計(jì)算項(xiàng)目，而 2018 年這一比例不到 1％。
Google 也在 2018 年通過(guò)云計(jì)算服務(wù)開(kāi)放了自己的量子計(jì)算機(jī)，而政府和學(xué)術(shù)研究員將可以免費(fèi)使用。現(xiàn)在量子計(jì)算的應(yīng)用生態(tài)還在建立的初期，企業(yè)們很多時(shí)候要“賠本賺吆喝”。
算力又翻番了
除了客戶以外，IBM 也展示了其量子計(jì)算機(jī)在性能上的進(jìn)步，其 28 量子位的計(jì)算機(jī)“Raleigh”，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量子體積（Quantum Volume）翻倍的目標(biāo)。
量子體積是 IBM 提出的一個(gè)專用性能指標(biāo)，用于測(cè)量量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大程度，和量子位不同，它是一個(gè)在測(cè)量誤差、設(shè)備交叉通信、設(shè)備連接和電路編譯效率等因素綜合影響下的指標(biāo)。
單純量子比特?cái)?shù)，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤率也隨之增加，這時(shí)候，量子體積就是一個(gè)更客觀、適用性更強(qiáng)的指標(biāo)，企業(yè)用戶可以通過(guò)量子體積來(lái)很方便地比較兩臺(tái)量子計(jì)算機(jī)算力的差別。
IBM 認(rèn)為，如果想在下一個(gè)十年中的某個(gè)時(shí)候獲得“量子優(yōu)越性（Quantum Advantage，也被譯作量子霸權(quán)）”，就必須每年將量子體積增加一倍。2018 年，IBM 20 量子位的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了 8 量子體積，隨后兩年都實(shí)現(xiàn)了翻倍的目標(biāo)，IBM 表示，Raleigh 如今擁有最高的量子體積。
量子體積越高，量子計(jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜問(wèn)題的能力越強(qiáng)，這相當(dāng)于是量子計(jì)算機(jī)的“跑分”。而每年翻一倍的規(guī)律，也讓量子體積被視為量子計(jì)算領(lǐng)域的“摩爾定律”。
IBM 如今越來(lái)越越多在公開(kāi)場(chǎng)合宣傳自己的量子體積標(biāo)準(zhǔn)，這很好理解，一個(gè)行業(yè)的初期，標(biāo)準(zhǔn)制定是很重要的一步。誰(shuí)搶先一步制定了標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)會(huì)有機(jī)會(huì)獲得更強(qiáng)的話語(yǔ)權(quán)。
不過(guò)，IBM 在“量子優(yōu)越性”上的態(tài)度還是比較保守的，只是說(shuō)希望在未來(lái)的十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
起了大早，不能趕晚集
1982 年，麻省理工學(xué)院和 IBM 贊助的一場(chǎng)會(huì)議上，Richard Feynman首次提出了量子計(jì)算的概念，他認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)可以模擬其他量子系統(tǒng)，這被認(rèn)為是最早量子計(jì)算機(jī)的思想。
從此，科技企業(yè)們開(kāi)始了在量子計(jì)算上的投入。
2016 年，IBM 推出 IBM 6 量子比特原型機(jī)，2017 年，IBM 又通過(guò)其官方博客宣布了 20 量子位的量子計(jì)算機(jī)問(wèn)世，并構(gòu)建了 50 量子比特的量子計(jì)算機(jī)原理樣機(jī)；再到去年的 CES 上，IBM 拿出了全球首臺(tái)獨(dú)立的商用量子計(jì)算機(jī)。
IBM 在量子計(jì)算上的投入巨大，進(jìn)展也算是一步一個(gè)腳印，在 2018 年，IBM 亞太區(qū)主席兼 CEO Harriet Green 就曾表示， 量子計(jì)算會(huì)在 5 年內(nèi)將成主流，而 IBM 已為該領(lǐng)域投資 380 億美元。
然而，在最近的熱門(mén)話題“量子霸權(quán)”上，卻是 Google 搶了風(fēng)頭。
2019 年 10 月，Google 正式在 Nature 發(fā)表了相關(guān)論文，稱其量子計(jì)算機(jī)在 200 秒內(nèi)完成了特定任務(wù)的計(jì)算。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量結(jié)果，而世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要 10000 年才能產(chǎn)生類似的結(jié)果，由此，Google 宣布率先實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”。
IBM 看不過(guò)去了，馬上站出來(lái)揭了短。
在 Google 論文正式發(fā)表的前夕，IBM 研究人員發(fā)文表示，Google 的試驗(yàn)有漏洞，所謂 10000 年才能完成是最最保守的估計(jì)，這種說(shuō)法甚至涉嫌誤導(dǎo)；現(xiàn)代的超算只需要兩天半甚至更短的時(shí)間，就能完成計(jì)算任務(wù)，換句話說(shuō)，Google 的量子霸權(quán)站不住腳。
不過(guò)論文還是發(fā)表了，Google CEO Sundar Picha 回應(yīng)道：“人類歷史第一家飛機(jī)僅僅飛行了 12 秒鐘，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，但它證明了飛機(jī)是可以飛的”，這也讓 Google 在量子計(jì)算上取得了一定的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
兩家的風(fēng)格多少有些不同，IBM 在應(yīng)用和客戶上的開(kāi)拓要相對(duì)領(lǐng)先，而 Google 更偏向于技術(shù)，但無(wú)論是哪個(gè)方向，量子計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)正在變得越來(lái)越激烈。
除了 IBM 和 Google 以外，英特爾、微軟以及亞馬遜等企業(yè)都是量子計(jì)算的主流玩家。去年 2 月份，AWS推出了量子計(jì)算服務(wù) Braket 的預(yù)覽版，并成立了 AWS 量子計(jì)算中心和量子解決方案實(shí)驗(yàn)室；2018 年 1月，英特爾展示了 49 量子位的超導(dǎo)量子測(cè)試芯片“Tangle Lake”；同年 11 月，微軟發(fā)布了云上的量子計(jì)算工具，企業(yè)用戶可以使用它加強(qiáng)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的算力……
量子計(jì)算仍在非常早期的階段，眼下的巨頭們爭(zhēng)奪的不只是市場(chǎng)份額，而是量子計(jì)算領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)甚至未來(lái)的定義權(quán)，而這注定是一場(chǎng)持續(xù)燒錢(qián)，且短期內(nèi)看不到金錢(qián)回報(bào)的戰(zhàn)爭(zhēng)。
