搶奪「量子霸權」,科技巨頭把量子電腦帶出實驗室

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 16 日 8:00 | 分類 尖端科技 , 電腦 follow us in feedly

量子體系用於運算的想法,早在 1980 年代就由物理學家理察‧費曼(Richard Feynman)提出,然而量子電腦一直被視為如白日夢般遙不可及的未來,近幾年 IBM、Google、微軟(Microsoft)、Intel 等科技巨頭,紛紛投入量子電腦領域後,才讓量子電腦有從實驗室慢慢走向一般商用領域的跡象。



摩根士丹利曾在 2016 年表示,未來十年,量子電腦將對許多產業產生重大影響,更預估高階量子電腦運算市場,在 2025 年會達 100 億美元價值,各家大廠磨刀霍霍投入大量資源研發,為的就是達成「量子霸權」(quantum supremacy)目標。

「量子霸權」是 2012 年由加州理工學院物理學家焦恩‧普瑞斯基爾(John Preskill)提出的概念,意思是當量子電腦發展到 50 量子位元(qubit)時,運算能力將會超越世界所有電腦,具有解決傳統電腦解決不了問題的能力。

而目前究竟有哪些公司著墨這個領域呢?

微軟

2005 年,微軟當時就由數學家麥可‧弗里德曼(Michael Freedman)領軍,成立研究拓樸量子運算的「Station Q」實驗室,微軟執行長薩蒂亞‧納德拉(Satya Nadella)認為,量子電腦的高速運算速度可以幫助人類解決像是醫療、能源,這類傳統電腦運算需要花上百萬年時間才能解決的難題,研究人員能因此受惠加速開發出新材料、程式等。

去年 9 月也公布兩款量子模擬器,一款可實際在一個場域運作,另一款在微軟 Azure 雲端平台運作,微軟負責量子軟體開發的資深研究員 Krysta Svore 談到:「量子模擬器能讓開發人員在實體機器尚未問世的情況下開發;量子電腦能自動建模,如果是透過傳統電腦,我們不能真正了解這些流程。」

▲ 藉由程式語言 Q#,協助開發者開發量子電腦的軟體,加快量子運算走向商業化。(Source:Flickr/BipHoo Company CC BY 2.0)

去年 12 月,宣布推出一款程式語言「Q#」,可以協助開發者為量子電腦開發軟體,喊出要在 5 年內讓量子電腦進入商業市場的目標;今年 3 月,微軟研究員透過由半導體材料和超導材料製作的奈米線材,發現馬約拉納費米子(Majorana fermion)存在的證據,它是一種穩定量子訊息編碼方式,微軟希望在今年將費米子轉化為量子,並在 5 年內提供商業使用,意味著微軟在量子電腦的努力上又邁進一步。

IBM

IBM 同樣在量子運算領域深耕多年,1998 年就開發出第一個量子位元,2016 年就開發出具有 5 量子位元(qubit)的量子電腦,一年多後,IBM 就宣布研發出全世界第一台 50 量子位元(qubit)的量子電腦,並在 2018 年的消費電子展(CES)正式亮相。

公開展示 50 量子位元電腦內部結構時,IBM 研究主席 Jeffery Welse 表示,目前遇到最大的挑戰是溫度,因為量子位元可能因噪音等干擾導致數據流失,為了將干擾降到最低,必須將處理器放在比太空還冷 250 倍的低溫環境。

▲ 當量子電腦發展到 50 量子位元(qubit)時,運算能力將會超越世界上所有電腦,就稱為「量子霸權」。(Source:IBM

Jeffery Welse 談到,IBM 有信心十年內打造出一台具備 50 到 100 位元的量子電腦,「只需要幾分鐘時間,就能得到傳統電腦花 5 天運算才能得到的結果。」雖然目前 IBM 量子電腦的應用大多是科學研究階段,但 50 量子位元(qubit)的出現,也激起不少人對量子運算的期待與想像。

Google

Google 應該可說是目前這塊領域跑得最快的公司了,今年 3 月 Google 量子 AI 實驗室(Google Quantum AI lab)公布了具 72 量子位元(qubit)的處理器「Bristlecone」,將 IBM 先前推出 50 位元處理器遠遠拋在身後。

處理器「Bristlecone」之前,Google 的量子電腦產品只有 9 位元(qubit)。依據「量子霸權」需達 50 量子位元(qubit)的定義,理論上這款處理器已比量子霸權的定義更大,但錯誤率的穩定仍是一大關鍵,先前 Google 的 9 量子位元處理器有錯誤率 0.6% 的成績,而這次官方並沒有公布 Bristlecone 的錯誤率,但仍聲明強調若錯誤率下降,將可超越目前的超級電腦,處理龐雜的運算問題,雖然目前沒人能真正達到量子霸權目標,但仍對發展相當樂觀。

▲ Google 量子 AI 實驗室公布具 72 量子位元的處理器 Bristlecone。(Source:Google

量子電腦要能真正商業化,必須達到 100 萬量子位元以上才合格,以現階段 72 量子位元及錯誤率無法降低的狀況來看,量子電腦還有許多困難等待突破。

Intel

今年 CES,Intel 執行長布萊恩‧科贊奇(Brian Krzanich)展示了代號為「Tangle Lake」的 49 量子位元(qubit)的超導測試晶片。

跟先前推出 17 量子位元(qubit)的規格相比,已經取得相當大的進展,Intel 副總 Michael Mayberry 談到,商業化是每間公司的最終目標,但至少還要 5 到 7 年才能從技術進入商品化階段。

D-Wave

D-Wave 系統公司,是一家來自加拿大、創立於 1999 年的量子電腦公司,2011 年推出第一台商用量子電腦,但當時能解決的問題及性能相當受限。

量子電腦擁有強大的運算速度,靠的是量子疊加(superposition)、量子纏結(entanglement)兩大量子特性,但 D-Wave 推出的電腦並沒有發生量子纏結,於是使用一種叫「量子退火」(quantum annealing)技術,讓每個量子位元和附近的量子位元相互糾纏。

D-Wave 是目前唯一正式出貨量子電腦的公司,而 Google 一開始開發量子電腦時,也是使用 D-Wave 的量子電腦研究。

Rigetti

成立於 2014 年的 Rigetti,是一家量子電腦新創,目標是「打造世界最強大的電腦」,已獲得超過 6,900 萬美元融資,專門生產開發量子電腦的軟體。

2016 年 6 月,Rigetti 推出 8 量子位元晶片,以及叫「Forest」的雲端服務,讓開發者可在上面寫代碼,模擬量子電腦運作的情況。

阿里巴巴

從 2015 年開始,阿里巴巴就開始關注量子運算領域,宣布聯合中科院成立亞洲首個量子計算實驗室。

匈牙利裔美國計算機科學家馬里奧‧塞格德(Mario Szegedy)、密西根大學終身教授施堯耘都是阿里雲量子實驗室(AQL)成員,今年 5 月,團隊宣布成功研發名為「太章」的量子電路模擬器,這款軟體模擬器將有助加快量子電腦研發。

(本文由 數位時代 授權轉載;首圖來源:Flickr/IBM Research CC BY 2.0)

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