量子计算涌现新成果 科技大厂布局态度不一
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2024-03-19 19:02:14
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  本报记者曲忠芳北京报道

  “量子计算(Quantum Computing)是一个令人着迷的科学话题。”但目前尚不清楚“实际相关性以及实际制造真正有用的量子计算机的可能性”。“用量子计算可以解决的问题,用经典计算可以更有效地解决。”在2023年的最后一个月,Meta首席科学家杨立昆的这段言论给量子计算发展“泼了一盆凉水”。需要指出的是,杨立昆并不是量子领域的专家或研究人员,但作为人工智能“深度学习三巨头”之一,其对量子计算的观点在业界依然引起了较大争议。

  事实上,量子计算从概念提出迄今的40多年里,围绕它的质疑、抨击抑或神化、颂扬从未休止。当人们拨开迷雾就会发现,量子计算在2023年取得了多项突破性的成果,如谷歌7月发布论文称其量子计算机短短6秒内完成了相当于最先进计算机47年的计算量;10月,中国的“九章三号”光量子计算原型机再度刷新世界纪录;12月,IBM推出新一代量子处理器Condor(意为“秃鹰”)和最新模块化架构IBM量子系统二号……进入2024年,本源量子于1月6日宣布,第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上线运行,是我国目前“最先进”的可编程、可交付的商业化超导量子计算机。

  抛开那些令人眼花缭乱的术语名词,量子计算究竟有什么价值?量子计算乃至更广泛的量子通信范畴,国际竞争格局及产业布局呈现出什么样的特征?量子计算还有多久“飞入寻常百姓家”?针对这些问题,近日来,《中国经营报》记者通过文献资料检索和信息梳理、采访行业专家等途径,向读者提供较为通俗易懂的初步解答。

  技术路线暂无优劣之分

  量子计算是什么?简单地说,它是遵循量子力学规律发展起来的一种新型计算模式,以量子比特(也叫“量子位”)为基本处理单位,通过量子叠加、纠缠等原理实现并行计算,尤其是在某些复杂问题上提供指数级加速,被认为是未来计算能力跨越式发展的重要方向。

  中国信息通信研究院《量子信息技术发展与应用研究报告(2023年)》显示,量子计算硬件有多种技术路线并行发展,主要可分为两大类,一是以超导、硅半导体为代表的人造粒子路线,二是以离子阱、光量子和中性原子为代表的天然粒子路线。近年来,各种主要技术路线的基础科研和工程研发均有亮点成果不断涌现,呈现开放竞争态势,尚无某种技术路线体现出明显的综合优势,应用场景探索在化学模拟、量化金融、医疗健康、航空交通等领域广泛开展。

  记者注意到,在各个量子技术路线中都聚集了多家科技企业、研究机构以及初创公司,同时部分企业、高校也在多条技术路线上同步展开研究探索。

  其中,“百年老店”IBM在量子计算硬件研发方面起步很早,从1999年开始构建超导量子比特,在超导量子计算赛道保持着领先地位。在2023年IBM量子峰会上,IBM发布了拥有1121个超导量子比特的量子芯片Condor,这相比于其2021年推出的127量子比特芯片Eagle(鹰)、2022年的433量子比特的芯片Osprey(鱼鹰),量子比特参数又大幅提升。同时,IBM还展示了其“IBM量子系统二号”架构,计划到2024年年底在美国、加拿大、日本和德国建立8个量子计算中心,以确保研究人员广泛使用量子系统二号。IBM将量子计算的发展阶段分成三个阶段,该公司认为目前第一阶段已结束,并进入第二阶段,侧重于量子硬件性能、错误减少和纠正以及应用程序性能测试。

  除了IBM之外,国内的本源量子在超导量子计算机领域也取得了突破性成果。2023年1月,本源量子成功交付一台量子计算机给客户,使我国成为继加拿大、美国之后世界上第三个具备计算机整机交付能力的国家。时隔仅一年,2024年1月,本源量子宣布我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”正式上线运行,它匹配了本源第三代量子计算测控系统“本源天机”,在中国国内首次真正落地了量子芯片的批量自动化测试,量子计算机的整机运行效率提升了数十倍。

  对此,科技部国家科技专家库专家、方融科技高级工程师周迪认为,“本源悟空”的上线是中国量子计算领域的重要进展,可谓是历史性的突破,为未来商业化应用奠定了基础。

  而在光量子领域,2023年10月,由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”,再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。求解高斯玻色取样数学问题时,“九章三号”比目前全球最快的超级计算机快一亿亿倍。此外,在2023年5月,玻色量子首次对外发布了100个计算量子比特的相干光量子计算机“天工量子大脑”,在玻色量子创始人、CEO文凯看来,这是量子计算走出实验室,向实用化量子计算应用迈出的关键一步。

  科技大厂押注还是观望?

  经记者观察梳理,目前在量子计算领域重点发力的力量大致分为三类:一类是IBM、谷歌、微软、英特尔等大型科技企业,另一类是高校及研究机构,比如美国哈佛大学、牛津大学、中国科学技术大学、清华大学、北京量子信息科学研究院等,还有一类则是初创型企业,典型代表如美国Rigetti、中国本源量子及玻色量子等。其中值得注意的是科技大厂在是否押注量子计算领域有着不同的表现。

  与IBM较早押注以及微软、谷歌、亚马逊等加速布局有所不同,Meta并没有在量子计算领域下大赌注。如前所述,杨立昆对于制造真正有用的量子计算机的可能性打出了一个问号。据美国媒体CNBC报道,Meta高级研究员迈克·斯科罗普弗表示,几乎每隔几年就会评估一次量子计算,他相信有用的量子机器“可能会在某个时候出现,但它的时间跨度过长,以至于与Meta正在做的事情无关”。与此形成鲜明对比的是,Meta在十年前建立了人工智能实验室。“很明显这项技术将在未来几年内实现商业化。”迈克·斯科罗普弗说。

  不过,在周迪看来,量子计算离落地及商业化应用仍然有较长的路要走,量子计算技术的稳定性和可靠性需要进一步提高和自我正名,应用场景和商业模式同样也需要进一步探索开发。这是部分科技大厂谨慎投入的主要原因。IBM量子路线图将“战线”拉长至十年之后,也从侧面反映了量子计算商业化落地为时尚早。

  《量子信息技术发展与应用研究报告(2023年)》指出,根据国际数据机构Gartner在2023年7月发布的技术成熟度曲线,数年前量子计算技术向着“过高期望”顶点逐渐靠近,现阶段已跨越了“过高期望”顶点,但整体距离“生产力高原”仍需超过十年的时间。NISQ 样机时代能否实现“杀手级”应用突破,是量子计算行业发展的分水岭,如果未来数年内一直无法实现应用落地突破,则量子计算技术产业发展恐将面临“幻灭之谷”的低潮期。

  从事超导量子计算研究的南方科技大学物理系副教授陈远珍向记者指出,量子信息领域还有很多重要问题没有搞清楚,未来的量子信息技术形态是什么样的,依旧是很值得探讨的问题。在他看来,量子信息的基础是量子力学,而量子力学是到目前为止人类科学最成功和最基础的理论之一,也是对我们的思想观念最具挑战性的科学成就之一,可以合理地推测,在其基础上发展出来的量子信息技术,应该也是具有相当革命性的技术。从事量子计算研发及政策制定的人员,都应对该领域的发展保持清晰的大局观:量子计算前途光明,但发展道路必定曲折。

  尽管产业端的布局动作不一,但量子计算的发展和应用具有重大战略意义和科学价值,包括中国、美国、加拿大、澳大利亚、新加坡等全球主要国家和地区在前沿科技和未来产业领域的政策布局和投资推动的重点方向。2023年12月召开的中央经济工作会议,将“以科技创新引领现代产业体系建设”作为2024年九项重点任务的第一项,其中提到“开辟量子、生命科学等未来产业新赛道”。与此同时,欧盟高性能计算联合组织宣布在欧盟境内选择6个地点来托管第一批欧洲量子计算机,2025年有望交付第一台具有量子加速功能的计算机。

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