引硅谷科技巨头竞相投资:量子计算机会是没结果的赌注吗?

2020-06-01 09:10   来源: 互联网

  

【划重点】

  • 12019年5月31日,谷歌内部一个并行团队发现,谷歌量子研究团队所设计的量子计算实验对于一台传统计算机来说比想象的要简单100万倍。

  • 26月7日谷歌量子研究团队重新设计了这个任务,并于6月13日让Sycamore量子芯片实现了曾经被认为是不可能的目标。这成为全球的头条新闻,并在量子计算领域内引发了巨大的争议。

  • 3从1981年费曼首次提出量子计算机到1994年埃克特在演讲中首次描述人类如何构建量子机器,量子计算机都是完全理论化的构想,是将人类对物理和材料科学理解推向极限的探索。

  • 4谷歌于2013年建立了量子人工智能实验室,并与加州大学研究团队合作开发超导量子比特,这也是包括IBM在内的主要计算机厂商首选,因为其与传统计算机内部基于硅芯片的体系结构联系更紧密。

  • 5微软则试图利用“拓扑量子比特”,唯一的问题是它可能并不存在。而在谷歌宣布实现量子霸权之后,微软和IBM更愿意谈论能够带来实际应用的“量子优势”。

  • 6科技巨头在新机器将使用的算法和编程语言方面也展开竞争。但理论远远领先于实验,当前绝大多数算法都远远领先于真正量子系统的性能指标。

(本文约8000字,阅读全文大约需要7分钟)

【编者按】量子计算机曾经被认为是不可能实现的梦想。但自1981年费曼首次提出量子计算机的概念之后,经过数十年的努力,谷歌、微软以及IBM等科技巨头正在将其变为现实,并期待用量子计算机模拟自然,甚至解决气候变化等大问题。

以下为文章正文:

2019年IBM发布的首款商用量子计算机

2019年6月4日,塞尔吉奥·博伊索(Sergio Boixo)召集谷歌量子研究团队的同事们召开紧急会议。身处南加州两个办公地的团队成员已经花了近十年时间,想要根据量子力学规律打造出一台真正可运行的量子计算机。

几个月来,谷歌一直在不断接近所谓“量子霸权”的里程碑——也就是说,量子计算机可以完成的工作能够超越世界上最好的传统超级计算机。但是谷歌量子团队现在面临着一个问题。

博伊索是一个留着灰白胡子的高个子西班牙人。他设计了一个传统计算机几乎不可能完成、但对谷歌Sycamore量子处理器来说很容易的实验。整个实验过程很顺利, 2019年4月底谷歌似乎就要实现量子霸权。但在5月31日,谷歌内部的一个并行团队发现,对于一台传统计算机来说,这项任务实际上比想象的要简单100万倍。事实是他们的量子处理器无法借助这个问题击败传统超级计算机。“我有点惊慌,”博伊索说。“但每个人都非常理解。”

谷歌量子计算理论首席科学家塞尔吉奥·博伊索(Sergio Boixo)

7个月后,穿着休闲裤和粉色毛衣的博伊索坐在谷歌圣巴巴拉实验室外的野餐长椅上,和同事们就这一短暂挫折开着玩笑。量子硬件工程师安东尼·梅根特(Anthony Megrant)曾在美国陆军服役过一段时间。去年6月初,当他休完陪产假回来后,发现整个实验室一片慌乱。“我当时说,真的吗?我才走了一个星期而已!”梅根特笑着说。

2019年6月7日,谷歌量子研究团队重新设计了任务,并编程到Sycamore量子处理器中。这个比大拇指指甲还小的芯片放置在巨大低温恒温器的底部,低温恒温器的作用是将芯片冷却到比外太空还要低的温度。在谷歌位于圣巴巴拉那座低矮的米黄色大楼里,有五部这样的设备。建筑内的墙上挂着冲浪板,一群人正在以著名物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)命名的会议室里玩《任天堂明星大乱斗》游戏,各式各样的吊灯从天花板上垂下来,每一个都涂着谷歌公司的代表色。

在显微镜下,Sycamore芯片看起来和其他银黑相间的芯片没有什么两样。但在2019年6月13日,这款量子处理器实现了曾经被认为是不可能达到的目标。安置在绿色低温恒温器内的一个Sycamore芯片完成博伊索设计的任务,其在3分20秒的时间内完成世界顶级超级计算机大约需要10000年时间才能完成的计算。当这则消息于2019年9月泄露时,立即成为全球的头条新闻,并在不断增长的量子计算领域引发了巨大争议。“有些人真的认为我们所做的事情或下一步是不可能的,”梅根特说。

从费曼到埃克特

1981年5月6日,著名物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)在位于帕萨迪纳市的加州理工学院作了一场演讲,内容是关于如何模拟自然的挑战。费曼是量子力学的领军人物,这个学科研究的是物理学在微观尺度上所发生的各种奇怪事情。在亚原子层面,大自然不再遵守我们所熟悉的宏观法则。电子和光子有时表现得像波,有时又像粒子。在对研究目标进行测量之前,它们甚至可以同时呈现出两种状态,或者同时出现在两个地方,这种现象被称为量子叠加。大自然的核心就在于其不确定性。

费曼是第一个意识到其中影响的人。如果你想精确模拟物理、化学现象或者其他复杂且微小的东西,你需要一台能够遵循量子力学定律的机器。

这对传统经典计算机来说是一个难以解决的问题。它们的运行建立在比特之上,用“1”来表示处于“开”的位置,而用“0”来表示处于“关”的位置。你所访问的每个网站,所玩的每个视频游戏和所看的每个视频最终都是通过这些10组合显现出来。但比特非黑即白,要么是1,要么是0,并不适用于处理不确定性问题。这意味着一些看似简单问题的复杂程度可能会以指数级形式增长,让传统计算机难以处理。

Strangeworks公司创始人威廉·赫利(William Hurley)解释道,“比如说我们想把你从英国送到美国的14个城市,计算出其中的最优路径,我用笔记本电脑在1秒钟内就可以完成。”Strangeworks公司的目标是让量子计算变得更加普及。赫利说,“但如果我把问题变成22个城市,用同样的算法和同样的笔记本电脑解决问题需要2000年的时间。”

谷歌量子计算实验室内的低温恒温器旨在将量子芯片的温度保持在绝对零度附近

这是典型的旅行推销员问题。量子计算机在这种情况下可能被证明是无价的。要想找到最优路径,传统计算机必须遍历每一种可能性。这样一来,旅程中每增加一个站点就会导致计算量的指数级增长。11个城市有2000万条路径,12个城市就有2.4亿条路径,15个城市就会让路径增至6500亿条。正如费曼所设想的那样,模拟分子之间复杂的相互作用也会产生同样问题——每增加一个变量,挑战就会被无限放大。

几十年来,芯片制造商一直在应对这种挑战。他们将越来越多的比特装入处理器中,使控制它们的物理开关变得更小。我们已经从房间大小机器上的真空管发展到硅芯片上数十亿的微型晶体管。然而,虽然摩尔定律预测每两年微芯片上的晶体管数量会增加一倍,但这种变化速度正在放缓。2012年,澳大利亚研究人员发明出一种由单个原子组成的晶体管,其可以在两种状态之间切换,从而表示1和0。自此之后,计算机就只能进入量子领域。

1985年,牛津大学物理学家大卫·多伊奇(David Deutsch)比费曼走得更远。他意识到,用量子元件制造的计算机或将比物理模拟器强大得多。这些量子比特可以是1或者0,也可以是同时为1和0的叠加态,而不像比特那样只能是1或0。你大可以把量子比特看作一个球体,北极是1而南极是0,球上的任何其他点上都是南北极的叠加状态。或者可以把量子比特想象成一枚硬币:正面是1,反面是0,硬币旋转起来就是叠加状态,装满了尚未实现的潜在未来。

精密烙铁将量子组件固定在电路板上

多伊奇指出,用量子比特打造的计算机可以利用量子力学的不确定性来取得优势。它可以同时沿着每条路径并行运行,而不是依次尝试迷宫中的每条路径。它不仅能更有效地模拟自然,还能在内存中保留不确定性,从而以比传统机器快数千倍的速度处理旅行推销员等经典问题。

这就是为什么有些人坚信量子计算机可以超越传统计算机的局限,发明出强大的新材料,加速对抗气候变化,彻底颠覆传统密码学。

但要进行计算,你需要能够测量事物,并将所发现的结果传递给方程的下一阶段。由于光子不能同时出现在两个地方,因此测量处于叠加状态的物体会使其脱离这种状态,也就是说薛定谔的猫不是死就是活。通俗地讲,人们需要的是移动旋转硬币且不影响它的旋转。这多亏量子力学中另一个被称为“纠缠”的特性才有可能实现。

经过近一个世纪的尝试,物理学家们虽然还无法真正解释其中原因,但发现量子力学允许两个粒子相互纠缠在一起。即使相隔很远,一个纠缠粒子上发生的任何事情会瞬间发生在另一个纠缠粒子上。理解这种现象让科学家头疼了几十年,但至少意味着量子信息可以在没有跳出叠加态的情况下从一个地方转移到另一个地方。

1992年,已经有少数狂热者开始关注量子计算的潜力。但如果不是因为工业控制系统制造商Elsag Bailey的IT主管朱塞佩·卡斯达格诺利(Giuseppe Castagnoli),量子计算可能还会留在理论界。Elsag Bailey现在属于自动化巨头ABB公司。

牛津大学量子物理教授阿图尔·埃克特(Artur Ekert)回忆道,“他说服公司不要赞助一些艺术展览,而是赞助一系列的会议。”从1993年到1998年,卡斯达格诺利都在意大利都灵的维拉瓜利诺酒店举办年度研讨会,埃克特也是参会者之一。很多年轻学者们接踵而坐、交流思想,现在很多都成了量子计算领域最具影响力的人物。

IBM的量子计算实验室

1994年,埃克特在科罗拉多州博尔德举行的原子物理学国际会议上作了一次演讲,演讲的基础是他在维拉瓜利诺酒店年会上吸收的一些想法。他第一次将量子计算分解为基本的构建模块,将其与经典设备进行类比,并描述了构建量子机器所需的开关和逻辑门类型。

埃克特所做的演讲是量子竞赛的发令枪。“这次会议引发了相关领域的雪崩。”他说,“突然之间,计算机科学家开始讨论算法;原子物理学家认为他们可以发挥作用。后来这开始蔓延到其他领域,并加速发展,成为你今天所看到的行业。”

然而在成为一个行业之前,科学家们必须弄清楚如何真正制造出量子比特。在20世纪90年代,这仍然是一个完全理论化的构想。为了让量子计算起效,科学家们需要找到或创造出一种小到足以遵循量子力学定律,同时又大到可以进行可靠控制的东西。这是一个将人类对物理和材料科学理解推向极限的探索。

谷歌力主的超导量子比特

在过去的十年时间里,包括谷歌、亚马逊、微软以及IBM等世界上最大公司一直在竞相成为第一个发明出实用量子计算机的公司。

谷歌于2013年建立了量子人工智能实验室。最初,由谷歌眼镜项目联合创始人哈特穆特·尼文(Hartmut Neven)领导的实验室与美国宇航局和早期量子先驱D-Wave公司进行了一系列合作。但在2014年,谷歌量子人工智能实验室改变策略,与加州大学圣巴巴拉分校约翰·马蒂尼(John Martinis)所领导的一个研究团队签署合作协议,后者在一种所谓超导量子比特的技术开发方面进展顺利。

超导量子比特基于约瑟夫森结(Josephson Junctions)这种独特结构,约瑟夫森结是一种由特殊构造金属构成的微小圆环,具有非线性特性。无论输入多少能量,其被限制为只有两个能量状态或者两个能量状态的叠加。本质上讲就像一个开关。

量子计算有不同的实现方法。有的量子比特悬浮在激光束中,有的被困在钻石中,并用一台像核磁共振扫描仪的机器分析数十亿粒子的排列状态从而推断出结果。有些方法在遇到困难加速之前会有一个平缓的启动曲线,而诸如超导量子比特则有一个陡峭的初始学习曲线,但更容易扩展到解决现实问题的成千上万个量子比特。

一名微软工程师正在组装量子计算机

目前,包括谷歌和IBM等主要参与者都首选超导量子比特,它们与地球上几乎所有传统计算机内部基于硅芯片的体系结构联系更紧密。博伊索说:“传统集成电路已经在为我们的生活提供动力,而超导量子比特这种方法一直被认为是最接近传统集成电路的模拟。”“一旦我们克服了这种方法的某些缺点,我们就可以像制造传统计算机一样进行扩展。只需要克服不利因素,我们就将得到所有这些好处。”

在实验室中,梅根特解释了他如何使用微波脉冲来转换每个量子比特在0和1之间的能量状态,以及研究人员如何修改每种状态的阈值、调整量子比特之间的耦合强度来实现纠缠。但是这一切只能在非常低的温度下实现,这也是超导量子比特很难得到正确结果的原因之一。

所有类型量子比特对工作环境都非常挑剔,往往最轻微的干扰就能使它们脱离叠加状态,所以它们需要尽可能地与外部环境隔绝开来。但研究人员同时又要控制量子比特。微软量子硬件部门总经理谢坦·纳亚克(Chetan Nayak)说:“你需要真正隔离量子计算机的内部工作,同时又要告诉它做什么,并从中得到答案。”

谷歌的低温恒温器可以逐层降低温度,每一层都越来越冷。整个机器需要花费近两天时间才将量子芯片的温度降到10毫开尔文,再花了近一周的时间才恢复到室温。

和前辈Bristlecone芯片一样,Sycamore芯片也是在加州大学圣巴巴拉分校制造的。其中的超导量子比特像奥利奥饼干,最终形成约瑟夫森结。在显微镜下,细细的银线一直延伸到芯片的边缘。最终它们连接到一堆蓝色的电线上,这些电线把微弱信号从量子比特传输并放大到低温恒温器周围的机器机架上。

一台机器的布线需要长达两周时间:为了增加量子比特的数量,谷歌需要找到一种占用空间更少的新布线方法,或者找到一种从低温恒温器内部控制量子比特的方法。“如果你试图把温度降到10毫开尔文,很多东西都会坏掉,”梅根特说。微软和谷歌现在都在研制可以在较低温度下工作的传统芯片,从而在不增加干扰的情况下控制量子比特。

这一切都是微妙平衡的一部分。每次量子计算都是一场关于时间的疯狂竞赛,在量子比特脱离叠加状态之前的几分之一秒内执行尽可能多的运算。芬兰初创公司IQM的简·格茨(Jan Goetz)解释道:“量子信息的生命周期非常短。”该公司正在开发一种技术,试图提高量子芯片的时钟速度,并改善这方面的性能。“你制造的处理器越复杂,寿命就越短。”

微软另辟蹊径

在过去的十年里,我们看到不同公司在量子比特数量上的竞争不断升级。2016年,谷歌用包含9个量子比特的量子计算机模拟出一个氢分子。2017年,英特尔实现17个量子比特;同年IBM则制造出一个有50个量子比特的芯片,量子状态可以保持90微秒。2018年,谷歌推出包含72个量子比特的处理器Bristlecone。2019年,IBM推出了其首台商用量子计算机——有20个量子比特的IBM Q System One。

总部位于加拿大的D-Wave公司一直是例外。自上世纪90年代末以来,该公司一直在销售商用量子计算机,并声称其设备中有数千个“退火量子比特”,但是基于一种不同的理论方法,只适用于解决某些类型的问题。

无论如何,业内人员越来越清晰的是,量子比特数量的重要性远不及IBM欧洲研究院科学技术部门负责人海克·里尔(Heike Riel)所称的“量子体积”(quantum volume),这是一种更实用的测量量子设备能力的方法。“量子比特的数量当然很重要,但并不能决定一切,”里尔说。量子体积是指在量子比特脱离叠加状态之前的几分之一秒内,可以完成多少有用的计算。

在过去的十年时间里,谷歌的大部分研究工作都是缓慢改进相干时间(量子比特的持续时间)和门时间(各种逻辑门的速度)。

谷歌Sycamore芯片比其前辈所拥有的量子比特更少,但是这些量子比特排列在一个网格中,计算速度更快。博伊索为该芯片设置的任务包括模拟一系列随机量子逻辑门的输出,这对于传统计算机来说是非常困难的,但是对于量子芯片来说相对简单。

在2019年的前几个月里,该团队逐渐增加了实验难度,在运行中增加了越来越多的量子比特。起初一切看起来都很好。但在2019年3月,团队发现他们的量子芯片性能下降幅度惊人,其复杂程度只是与超级计算机模拟量子比特的水平相当。游走在人类物理知识边缘的最大困难在于,当你遇到一个问题时,你不知道原因到底是制造错误、噪音、干扰,还是遇到了比如未发现定律之类的基础性障碍。“也许量子力学止于30个量子比特,”梅根特开玩笑说。

事实并非如此。研究人员最终发现这是一个校准错误,但有人认为可能还有其他阻碍进展的因素。虽然谷歌使用所有技术来保护量子比特不受干扰,但是错误率仍然惊人之高。量子比特常常会进入错误状态,或者在它们应该进入的状态之前就分解。

人们要想纠错,就需要更多的量子比特,然后需要更多的量子比特再来纠正这些量子比特。以目前的错误率来看,人们需要成千上万的量子比特才能运行真正实用的算法。这就是为什么创造了“量子霸权”这个术语的物理学家约翰·普莱斯基尔(John Preskill)把这个时代称为“嘈杂中间尺度量子”(NISQ)时代,认为人类离打造出实用量子设备还有很长的路要走。这也是为什么微软坚信超导量子比特是一条死胡同。纳亚克说:“我们并未看到商业量子计算机可以解决当今无法解决的问题。”

相反,在位于西雅图郊区雷德蒙德的微软园区,研究人员正在测试一种与谷歌非常相似的低温恒温器,但是其中的量子处理器完全不同。

如果说谷歌在量子山峰上的攀登之路异常陡峭,那么微软的登山路就是不可能。他们不再使用超导量子比特,而是试图利用 “拓扑量子比特”。唯一的问题是它可能并不存在。

谷歌量子硬件工程师安东尼·梅根特(Anthony Megrant)

微软位于雷德蒙德的量子研究实验室量子软件总经理克里斯塔·斯沃尔(Krysta Svore)表示:“或许我们是在参加一场马拉松,而不是百米冲刺。”拓扑量子比特是基于一种叫做马略阿纳(Majorana)的理论粒子,它可以同时在多个位置对量子比特的状态进行编码。如果拓扑量子比特可以被创造出来,那么就能提供一种比超导量子比特更可靠的选择,其叠加状态相比超导量子毕业则更难以消失。这样以来需要的量子比特就少了十倍。

纳亚克用《哈利波特》的比喻来解释拓扑量子比特。“故事中的伏地魔把自己的灵魂分裂成七块魂器,并把那些魂器分散开来,这样他就不会被杀死了,”他说。“我们对拓扑量子比特所做的工作就是将量子比特扩展到6个马略阿纳粒子上。那些是我们的魂器。只对其中的一个或多个执行操作,实际上是无法消灭伏地魔的。我们的量子比特仍然存在。”

但科学家们仍不能完全确定马略阿纳粒子是否真的存在。自20世纪30年代以来,人们就对这种粒子进行了理论化研究,但实验证据并非无懈可击。不过纳亚克和斯沃尔很有信心。纳亚克说:“我们不是在黑暗中寻找,也不是希望找到。”“我们是在仿真模拟的指引下前进。”

量子霸权到量子优势

谷歌声称实现量子霸权的消息在2019年9月泄露出来。此前英国《金融时报》的记者发现,可以从一个公开访问的服务器上下载将在《自然》杂志上发表的谷歌论文草稿。

头几天,消息泄露在圣巴巴拉引发了轻微恐慌。最初的几个小时里,人们疯狂地试图把文件从服务器撤掉,其余时间则怀疑是否有人真的看到过文件内容。当这篇文章在10月份正式发表时,最初的炒作已经有所缓和。兰卡斯特大学量子技术中心主任罗伯特·杨(Robert Young)表示:“这是一块垫脚石,但我们每年都能看到垫脚石。”“我不认为这是一个里程碑事件。”

量子计算机低温恒温器的底座

IBM拿出自己的计算结果,表明其传统超级计算机将能够在2.5天完成任务。当然,可以说谷歌量子计算机实现了量子霸权,但并不是绝对的量子霸权。而谷歌团队则认为,想要达到这一效果,IBM需要将超级计算机直接连上核电站。

微软和IBM现在更愿意谈论量子优势,而不是量子霸权。量子优势指的是,量子计算机可以完成一些以前做不到的有用事情。“我们真正专注于提供价值和量子优势,而不是在与行业无关的问题上展现优势地位,”里尔如是指出。

要获得量子优势,需要的不仅仅是在圣巴巴拉、纽约和雷德蒙德的冰箱里放上几块芯片。量子计算行业将需要与之相关的基础设施。获得量子霸权之后,整个行业也将在适用于新设备的算法和编程语言方面展开竞争。

1994年,参加维拉瓜利诺酒店年度研讨会的彼得·肖尔(Peter Shor)发表了一套使用量子计算机分解大数的指令,这就是所谓的肖尔算法。将长整数分解成最小质因数所需的庞大计算资源是许多现代加密系统得以成立的基础,但量子计算可以破解它。1996年,印度裔美国计算机科学家洛夫·格罗弗(Lov Grover)公布的格罗弗算法则能够以数千倍的速度搜索大型数据库。这种诱人前景无疑让谷歌更感兴趣。

但这些算法只能在完美的量子计算机上运行。要让量子计算机发挥作用,不仅需要改进硬件降低错误率,也需要基于不可避免的错误来修改算法。“今天被考虑的绝大多数算法都远远领先于实际量子系统的性能指标,”杨说。“理论远远领先于实验。”

微软量子软件总经理克里斯塔·斯沃尔(Krysta Svore)

尽管如此,谷歌、微软、IBM和其他公司都在开发基于量子计算机的编译器和操作系统。“但现在我们编写的程序几乎完全是机器代码,非常接近硬件,”谷歌的玛丽莎·朱斯蒂娜(Marissa Giustina)说。“我们没有任何抽象的高级工具。”

在微软,拥有计算机科学背景的斯沃尔帮助开发Q#,这是第一种专门针对各种类型量子计算机特性而设计的编程语言。“我们知道量子计算机将会继续发展,”斯沃尔说。“但同样的规则和代码将会延续下去。”

谷歌的Cirq和IBM的Qiskit都是开源框架,可以帮助研究人员在NISQ时代开发算法。科技公司也在推动量子计算的商业应用:IBM已经与包括埃克森美孚、巴克莱银行和三星等100多家公司合作研究实际应用;微软旗下的Azure Quantum允许客户接入量子初创企业IonQ的囚禁离子量子计算机和康涅狄格州QCI公司正在开发的超导量子计算机。

IonQ首席执行官彼得·查普曼(Peter Chapman)试图打造一台基于囚禁离子的量子计算机。他说,这些进展将使人们开始编写量子计算机领域的“Hello World !”。

即便在没有可靠量子硬件的情况下,量子算法也已经产生了一些影响,因为目前人们可以在传统超级计算机上进行仿真模拟。斯沃尔所谓“受量子启发的优化算法”已经被用于交通管理,电池开发以及减少分析核磁共振扫描所花费的时间。

最终,量子计算机的用户可能不会意识到他们实际上正在使用一台量子计算机。包括超导、囚禁离子甚至模拟化等各种不同类型的量子处理器将成为计算中心的一部分。“我们的设想是,你和我都会遇到问题,我们还只是使用普通软件,然后云服务可以访问所有这些类型的计算机,并决定通过哪个计算机解决问题,”里尔说。

就目前而言,量子计算能够解决的问题还很小,一些概念性问题用传统计算机也能得到有效解决。目前这些问题只是人们在开发量子硬件过程中得到的启发,还没有什么实际应用。量子计算机不仅仅是被简单定义为一种更好的计算机;它们只对特定类型的问题有用。普通人永远不会在自己设备中使用到量子芯片,而是通过云访问它们的功能。

而真正量子计算机的首次实际应用可能影响相对较小,比如说验证随机数。之后就是费曼所说的用量子设备模拟自然。这为模拟化学反应和生物过程,以及试验新药或新材料提供了可能性。

随着时间的推移,博伊索希望量子计算机能够解决我们这个星球面临的一些生存危机。“气候变化归根结底是能源问题,而能源又是一个物理变化和化学反应的过程,”他说。“或许,如果我们制造出能够进行模拟的工具,我们就可以掀起一场新的工业革命,从而更有效地利用能源。”

揭示真理的制造过程

但人类还有很长的路要走。赫尔利说:“从影响的角度来看,2020年1月的量子计算可能类似于1993年1月的互联网。”“1993年全世界大约只有650家网站,没人见过Uber或Airbnb之类的东西。”

获得量子优势可能还需要5年或者50年的时间。到目前为止,整个行业存在着过度夸大成就的危险,也可能存在一些根本性的障碍。比如量子比特的数量难以增加,或者噪声会在一定程度上变得无法克服。

埃克特1994年的那场演讲开启了量子霸权的竞赛,他认为我们仍然需要一些重大的技术突破,就像晶体管的发展一样,其从20世纪60年代开始改变传统计算机。但在量子计算领域,我们并未处在芯片制造商相互竞争以生产最好硬件的时代;我们处在一片空白的时代,研究人员还在探索正在尝试做的事情是否真的有可能实现。

在某种意义上,埃克特实际上希望事实并非如此。他说:“如果我们因为真正的基本原因而不能建造量子计算机,如果因为一些未发现的物理基本定律而不能建造量子计算机,那将是一个更加美妙的场景。”

造出一台实用的、经过纠错的量子计算机可以改变世界。但是建造过程本身可以揭示宇宙的基本真理。“这不是公司之间的竞争,”谷歌量子研究员陈宇(音译)说。“这是人类科技与自然的对抗。”(皎晗)


责任编辑:七七
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