巨頭爭相押注量子計算機，三大行業(yè)值得關(guān)注

Q System One是全球首臺也是目前唯一一臺獨立量子計算機，由IBM公司于今年年初的國際消費電子展正式推出，旨在借助其中的核心處理器來解決一些最為復雜的世界性科學難題。通過20個量子比特的強大數(shù)據(jù)功能，該計算機可以一步實現(xiàn)220的運算速度。

理論上來說，達到“量子比特”級別就已經(jīng)是相當難得。得益于相對較低的出錯率，量子計算機能夠有效解決現(xiàn)實生活中的諸多難題。雖然目前整個系統(tǒng)仍集成于九英尺的冷卻立方玻璃空間中，但IBM公司已經(jīng)雇用了一位倫敦設(shè)計師來為其研發(fā)黑色金屬外殼。

有人說，這是一臺來自未來的計算機，也有人說這是一頭來自科幻世界的龐然大物。IBM公司研發(fā)部門負責人Dario Gil介紹說：“這是一項令人興奮、令人著迷的技術(shù)，也是首個能夠廣泛商用的集成量子計算系統(tǒng)?！钡鋵?，究竟如何定義廣泛商用，仍然是一個大難題。待日后該技術(shù)逐漸成熟，各家公司或?qū)⒛芙柚ヂ?lián)網(wǎng)訪問IBM公司的量子平臺，通過各項實驗來親身測試系統(tǒng)成效。

現(xiàn)階段，全世界不少國家和地區(qū)的公司，都十分看好量子計算技術(shù)的發(fā)展?jié)撃?，期望該技術(shù)能夠幫助他們解決困惑已久的難題。同時，各國政府也紛紛斥資數(shù)十億美元研發(fā)量子計算技術(shù)，以在全球格局中贏得經(jīng)濟和軍事優(yōu)勢。當然，量子信息科學領(lǐng)域的投資，目前還處于發(fā)展初期，尚未得到充分重視。

根據(jù)摩爾定律這一科技行業(yè)指導原則，基于微型芯片中晶體管數(shù)量的增長，計算能力大約每隔兩年增長一倍。但目前，硅芯片中晶體管的運用，幾乎已經(jīng)達到極限。未來，在人工智能技術(shù)的幫助下，或許量子計算技術(shù)有望幫助摩爾定律走出瓶頸期，給整個行業(yè)帶來全新變革。

最可能受益于量子計算技術(shù)的三大行業(yè)

當下，各家公司都希望借助量子計算技術(shù)來解決復雜難題。如下三大行業(yè)，最是躍躍欲試：

金融

說到底，銀行和投資兩大塊最重要的就是管理風險。摩根大通和高盛這類華爾街金融巨頭，都希望利用量子計算技術(shù)來降低風險，更好管理投資組合的威脅與機遇。除此之外，量子計算機還能幫助金融專家不斷優(yōu)化蒙特卡洛模擬（Monte Carlo Simulation）模型，更好預測各種復雜情況的可能結(jié)果和可行性。

能源

作為全球最為復雜且難以預測的自然現(xiàn)象，氣候變化或許也能在很大程度上享受量子計算機帶來的好處。今年一月，?？松梨诠荆‥xxon Mobil）與IBM公司達成伙伴合作，共同研發(fā)環(huán)境預測模型和碳捕獲技術(shù)。另外，戴姆勒汽車公司（Daimler）也正在積極利用量子計算技術(shù)來測試新型化學電池來進一步提高電動汽車性能。而迪拜水電局（Dubai Electricity and Water Authority）也攜手微軟，努力優(yōu)化電網(wǎng)管理。

醫(yī)學

早在2017年，美國生物醫(yī)藥巨頭Biogen攜手咨詢公司埃森哲（Accenture）和初創(chuàng)企業(yè)1QBit開啟了一項量子計算實驗，共同探索醫(yī)學領(lǐng)域的復雜分子建模，希望能夠研發(fā)出治療阿爾茲海默癥和帕金森癥這類神經(jīng)退行性疾病的優(yōu)質(zhì)候選藥物。除此之外，微軟也與凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）達成合作，以提高磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging）機器的檢查精準率，通過量子算法幫助檢測癌癥。

搜索巨頭谷歌的相關(guān)研究人員也表示，在不久的未來，量子計算機將會以絕對優(yōu)勢勝過傳統(tǒng)傳統(tǒng)計算機。它不僅是一項擁有巨大發(fā)展?jié)撃艿摹拔磥砑夹g(shù)”，更是一門值得即刻著手研究的強大科學。

無論是IBM公司，還是谷歌、英特爾或微軟，只要這些科技巨頭和新興初創(chuàng)企業(yè)能夠向廣大民眾和整個行業(yè)證明自己擁有正確的研究方法，那無疑將吸引更多優(yōu)質(zhì)研發(fā)人員和潛在合作客戶以及更大市場份額。目前，這些公司或多或少都提供一些軟件云服務。如若未來量子研究能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵性突破，那將進一步為他們提供豐富的產(chǎn)品服務，從而獲得更大盈利空間。

作為前所未有的超快速計算機，量子計算機并非逐項運算，而是同時分析所有潛在場景和每種可能情形。它能夠拯救淹沒在數(shù)據(jù)大潮中的各家公司，通過預測各種變量、分析各種數(shù)據(jù)，幫助他們解決諸多復雜問題。

以電商巨頭亞馬遜為例，商品運輸永遠是它需要不斷優(yōu)化的一大難題。這其中，涉及運輸路線、物流體系、商品庫存、天氣狀況、交通狀況和律法規(guī)定等一系列因素。傳統(tǒng)計算機和人工管理，顯然會導致一片混亂。或許未來，量子計算機能夠有效解決這一難題。再加上有人工智能技術(shù)提供支持，機器在實現(xiàn)自我學習之后，著實能夠承擔更多職責、優(yōu)化整個流程。

據(jù)?？松梨诠狙邪l(fā)副總裁Vijay Swarup介紹，公司之所以選擇與IBM公司合作，就是因為看到了量子計算技術(shù)在能源領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)撃埽粌H有望進行環(huán)境預測，還能優(yōu)化電網(wǎng)管理，驅(qū)動碳捕獲技術(shù)取得關(guān)鍵性突破，進一步將人類對自然和化學的認識轉(zhuǎn)化為切實可行的創(chuàng)新技術(shù)。

其實，量子計算機這一概念，早在上世紀70年代就已誕生。一路至今，其研發(fā)也遇到了很多困惑阻礙，尤其是工程和量子力學方面。1995年，貝爾實驗室的一位數(shù)學家Peter Shor就表示，一臺功能成熟的量子計算機不僅能夠破解RSA通訊加密，還能夠以快于傳統(tǒng)計算機無數(shù)倍的速度完成運算。隨后一年，該實驗室另一位科學家提出了一種全新量子算法，能夠?qū)崿F(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫的快速搜索，進一步推動硬件研發(fā)進步和關(guān)鍵編程突破。

約十數(shù)年后，在耶魯大學教授Robert Schoelkopf所帶領(lǐng)團隊的努力之下，基于過冷硅和電流的“超導量子比特”的全新概念誕生，在很大程度上也促進了IBM機器的誕生。作為Schoelkopf實驗室曾經(jīng)至關(guān)重要的一位研究員，Chad Rigett在加州成立了一家名為Rigetti Computing的初創(chuàng)企業(yè)，并且計劃于今年下半年推出128個量子比特的量子計算機。

這些量子比特由超導電極之間的電流運動產(chǎn)生，存在于特殊設(shè)計的硅芯設(shè)備中。當量子計算機進入運算狀態(tài)后，每兩個量子比特就會實現(xiàn)相互連接，實現(xiàn)所有指令的同步運行。也就是說，如果所有量子比特都實現(xiàn)相互連接，程序員就能夠一步實現(xiàn)大量相同運算，從而在極大程度上提高運算速度。

除了“超快速度”，“疊加”也是量子計算領(lǐng)域的一大高頻詞匯。在傳統(tǒng)計算中，所有“比特”所代表的信息僅為0和1。但在量子計算中，“量子比特”能夠代表任何0和1之間的變化組合。舉個例子，一枚靜止的硬幣非正即反，但一枚旋轉(zhuǎn)的硬幣卻有很多可能。也就是說，在疊加狀態(tài)下，量子比特能夠儲存更多于比特的數(shù)據(jù)。

每一個量子比特，都能以指數(shù)形式帶來計算能力的增加。但隨著量子比特數(shù)量的增長，計算質(zhì)量就會逐漸受到限制，甚至帶來錯誤的計算結(jié)果。還是以旋轉(zhuǎn)的硬幣為例，即便是最為微小的波動，比如溫度或振動，都有可能破壞旋轉(zhuǎn)平衡，導致硬幣脫離旋轉(zhuǎn)規(guī)律從而逐漸停止旋轉(zhuǎn)。來自以色列希伯來大學的Gil Kalai教授甚至表示：“基于我的分析，量子計算技術(shù)必將會失敗，因而關(guān)于它的一切研究工作也都將是徒勞?！边@也就是IBM公司和谷歌如此迫切向公眾證明，其量子比特已經(jīng)得到優(yōu)化鞏固，且已大幅降低錯誤率。

2014年2月，馬里蘭大學物理教授Chris Monroe在知名物理期刊上發(fā)表了一篇文章，羅列出了數(shù)種能夠幫助量子計算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)質(zhì)的飛躍的硬件設(shè)備。沒過多久，就收到了知名風險投資機構(gòu)恩頤投資（New Enterprise Associates）合伙人Harry Weller的郵件。經(jīng)商談，Monroe接受了Weller提出的投資建議，于2015年成立了量子計算初創(chuàng)企業(yè)IonQ。

現(xiàn)階段，IonQ的研究重點是一項名為“離子阱”的量子計算方法，主要借助激光束操控離子或帶電原子達到激活量子比特的目的。與超導量子比特不同，這種方法無需電纜線來向機器傳遞控制信號。也就是說，量子比特受到干擾而出錯的可能性會大大降低，僅是懸浮于真空帶中。2017年，IonQ又順利拿到了谷歌母公司Alphabet旗下風險投資機構(gòu)GV的資金支持。隨后五月，該公司正式任命亞馬遜Prime的前工程主管擔任首席執(zhí)行官。

就在去年，工業(yè)巨頭霍尼韋爾（Honeywell）也首次公開展示了公司已秘密研究數(shù)年的“離子阱”項目。當然，目前這一方法還處于發(fā)展初級階段。除了“離子阱”，量子計算的方法還有很多種。至于哪一種最好、能夠成為主流，現(xiàn)在就下結(jié)論還為時過早。

推動量子計算進步的七大可行方式

以下總結(jié)了促進量子計算領(lǐng)域發(fā)展的七大方法：

超導利用流經(jīng)特殊半導體芯片的電流，來生成計算可用的“量子比特”。目前這是最為先進的方法，也是IBM公司、谷歌和英特爾所采用的方法。

離子阱借助激光束操控真空帶中的帶電原子，從而降低外部干擾導致的出錯率。目前，初創(chuàng)企業(yè)IonQ和工業(yè)巨頭霍尼韋爾，均十分看好這種方法。

中性原子與離子阱較為類似，但所使用的是中性原子。哈佛大學物理學家Mikhail Lukin的實驗室，目前正在研究這一方法。

退火方法旨在找到最低能耗和最快速度來進行量子計算，解決各種數(shù)學問題。以該方法為業(yè)務核心，加拿大公司D-Wave已經(jīng)向谷歌和美國國家航空航天局賣出了數(shù)以百萬計的機器設(shè)備。雖然這一方法毫無疑問擁有較快速度，但仍然有人表示它可能無法歸類為“量子”級別。

硅芯自旋主要利用半導體晶體管中的電子來實現(xiàn)量子計算?，F(xiàn)階段，英特爾也較為看好這一新興技術(shù)。當然，它也同樣支持更為成熟的超導量子比特方法。

拓撲方法主要利用“任意子”這種高度穩(wěn)定的外來準粒子來進行量子計算，其長期發(fā)展?jié)撃転槲④浰春谩?/p>

光電方法主要利用穿梭于特殊硅芯片中的光粒子來實現(xiàn)量子計算。其中，優(yōu)質(zhì)粒子相互結(jié)合，劣質(zhì)粒子則自行消散。目前尚處于隱形發(fā)展階段的初創(chuàng)企業(yè)Psi Quantum，正在努力研發(fā)這一方法。

過去三年，已經(jīng)有超過12萬人借助IBM公司的量子云服務平臺完成了1000多萬次實驗，發(fā)表了超過190份研究報告。

當然，作為一項新興技術(shù)，量子計算尚未完全證明自己的科學性和成熟性。于某些科學家而言，投資失敗風險非常大，產(chǎn)品研發(fā)及交付也無法得到保證。

變革性飛躍，總是需要十數(shù)年才能出現(xiàn)。就像人類登月一樣，量子計算也并非一項小工程，其發(fā)展同樣需要耐心、需要時間。(來源：獵云網(wǎng))

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