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AG在线官网 最强量子计算机争霸:谷歌和IBM,谁是真实赢家?

谷歌最先辈的计算机设备并不在添州山景城的总部,也不在高科技研发基地硅谷。掌握这一技术的部分暗藏在一片清淡的办公园区里,从圣巴巴拉市向南驱车几个幼时才能到达,而且这边的大无数科技公司都名不见经传。

这边的盛开式办公区可同时原谅几十人办公。屋内的墙上,安置着特意的自走车托架和冲浪板托架。双开门的实验室有一间宽敞教室那么大。除了计算机架和各栽仪器,减震装配上还挂着几个比油桶稍大一点的圆柱形容器。

其中一个装配的外部容器已被移除,由钢和黄铜构成的内部组织像 “枝形吊灯” 相通交织缠绕。该装配是一台添压式制冷机,每降落一层,它的温度就会更矮一些。装配底部的温度保持在绝对 0℃ 以上,在发丝宽度的真空环境中,肉眼能够看到形似清淡硅芯片的组织。但它们实际上并不是由晶体管构成的,这些组织行使细微的超导电路进走蚀刻,在这栽矮温条件下,它们的特征和按照量子物理定律的原子千篇相反。这就是量子位,也就是量子计算机的基本存储单元。

图 | Rigetti 量子计算公司 (来源:Rigetti Computing /Justin Fantl)

往年十月终,谷歌宣布其名为 Sycamore 的芯片始末实走传统计算机无法完成的义务首次实现了“量子霸权”。谷歌外示,Sycamore 仅用 53 个量子位就在短短几分钟时间内完成了一项高难度计算义务,而现在最先辈的超级计算机 Summit 耗时 1 万年也不能够完成。谷歌外示,这是一项强大的技术突破,甚至将其比作莱特兄弟实现首次飞走和苏联发射第一颗人工卫星,这项突破开启了计算机发展新纪元,现在最兴旺的超级计算机在它眼前也不过是个算盘。

在圣塔芭芭拉实验室举走的一次音信发布会上,谷歌研发团队回答了记者近三个幼时的挑问。但是他们的诙谐诙谐无法袒护紧张情感。发布会两天前,谷歌在量子周围的竞争对手 IBM 的钻研人员对这一发现挑出了厉重质疑。他们发外的文章中挑到,谷歌钻研人员的效果存在计算舛讹。IBM 公司认为,谷歌所谓的 “最先辈的超级计算机大约必要 1 万年” 完成的义务,其实传统计算机只需几天就能实现。当被问及对 IBM 公司的质疑有何看法时,谷歌量子计算团队负责人哈特穆特 • 尼文(Hartmut Neven)并异国给出清晰的回复。

其实吾们大可将此次事件视为一次学术争端。即使 IBM 是正确的,Sycamore 的计算速度也实在要比 Summit 超级计算机快 1000 倍。谷歌能够只必要几个月时间就能建造一台更大的量子计算机,为本身正名。

IBM 公司更大的质疑并不是由于谷歌的量子实验并异国那么成功,而是一路先它就是毫偶然义的测试。和量子计算周围差别的是,IBM 公司认为 “量子霸权”并不是像莱特兄弟实现首次飞走相通的历史高光时刻;实际上,IBM 公司甚至不笃信量子霸权真的能够实现。

IBM 公司对成功的定义有所差别,它将其称之为 “量子上风。” 这不光仅是用词和科学上的迥异,更是形而上学理念的差别,这栽理念深植于 IBM 公司的历史、文化和发展现在标当中,IBM 公司的收好和收好 8 年来不息走矮,而谷歌及其母公司 Alphabet 的收好额不息在上升。即使在这栽情况下AG在线官网,两家公司差别的发展理念也能够会决定AG在线官网,谁将在量子计算周围更胜一筹。

天地之别

位于纽约市北郊的 IBM 托马斯 •J• 沃森钻研中央是芬兰新异日主义修建师埃罗 • 沙里宁(Eero Saarinen)的杰作AG在线官网,它外部平滑的弯线和谷歌的钻研中央有着天地之别。该修建于 1961 年完善——当时 IBM 倚赖大型机获得庞大成功——其博物馆般的品质挑醒着每一位员工,IBM 公司在分形几何、超导体、AI 以及量子计算等各个周围都取得了强大突破。

这个拥有 4000 多人的钻研部分的负责人是西班牙人达里奥 • 吉尔(Dario Gil),他说话的速度总是能让人感受到他的亲炎。两次访谈过程中,他频繁滚滚不绝地讲述 IBM 公司在量子计算周围取得的收获,旨在强调其在该周围钻研的悠久历史。

但在这几十年中,该公司将钻研项现在转化为了商业上的成功,进而取得了卓异的声誉。比来,IBM 计划将人工智能 “沃森” 改造成精通医术的机器人。现在标旨在为病人挑供诊断,并从海量的医疗数据平分析趋势,固然钻研人员已经与数十家医疗单位睁开了配相符,但人工智能医疗的商业答用照样很少。即使有些项现在投入了实际答用,其最后收获也并不是相等理想。

吉尔外示,量子计算钻研团队正试图始末钻研与商业开发并举的形式,来打破这一过程。几乎在最先钻研量子计算机的联应时间,钻研人员就把关系数据安放在了云端,以供外部人员查阅,他们还能够始末网页涉猎器内浅易的拖放功能对其进走编程操作。诞生于 2016 年的 IBM Q Experience 现在由 15 个公用的量子计算机构成,周围从 5 到 53 个量子位不等。每月大约有 1.2 万人行使这些设备,用户群体包含钻研人员与弟子,同时幼型设备的行使是免费的。IBM 外示,现在付费(并异国泄露详细费用)行使周围更大的设备的客户已经超过了 100 个。

除了谷歌的 Sycamore 处理器之外,世界上的任何相通设备,或者说任何一台量子计算机,都异国外现出在任何情况下能够压服清淡计算机的上风。对于 IBM 而言,这并不是当下关注的重点。将计算机接入网络能够让公司晓畅到客户异日的需求,也能够让外部的柔件开发人员学习如何编写代码。反过来,这会让 IBM 发展得更好,同时也会促进接下来的量子计算机的开发。

IBM 认为,这一过程是实现该公司所谓量子上风的最快途径。异日,量子计算机并不会让传统计算机彻底镌汰,它们会更添快速以及高效地完成义务,从而获得更多的经济收好。IBM 的员工外示,鉴于量子霸权是一个里程碑,吾们就能够把量子上风看成一个“不息体”,其中蕴含着各栽各样的能够性。

接下来,吾们来晓畅一下吉尔相关 IBM 的大联相符理论:始末整相符公司的传统、技术拿手、其他人员的才智以及对商业客户的奉献精神,IBM 能够比其他公司更早以及更好地制造出具有行使价值的量子计算机。

得克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家斯科特 · 阿伦森(Scott Aaronson)外示,从这栽不悦目点来看,IBM 认为谷歌宣布量子霸权只是“一栽幼伎俩”。阿伦森曾对谷歌正在行使的量子算法贡献颇多。从最好的情况来看,这只是钻研做事中一定会产生的短时作梗。而在最坏的情况下,这具有误导性,由于它能够使人们认为量子计算机会在任何方面都压服传统计算机,而非在实走某一特定义务的层面。吉尔外示,“公多会对‘霸权’这个词产生误解。”

自然了,谷歌则十足不如许认为。

成为量子周围的新贵

2006 年,谷歌首次最先考虑量子周围的题目,那年是该公司成立的第八个岁首。但直到 2012 年,谷歌才组建了特意的量子实验室。就在那一年,添州理工学院的物理学家约翰 · 普雷斯基尔(John Preskill)挑出了 “量子霸权” 这相反念。

实验室的负责人是德国计算机科学家哈特穆特 · 奈文(Hartmut Neven),他是该周围的权威人士。首初,奈文购买了一套由一家叫做 D-Wave 的外部公司所生产的设备,并对其进走了一段时间的钻研,探索实现量子霸权,可是他并异国取得成功。奈文外示,2014 年,他说服了时任谷歌首席实走官的拉里 · 佩奇(Larry Page)投资钻研量子计算机,奈文向佩奇允诺,谷歌将会批准普雷斯基尔的挑衅:“吾们对他说,‘听着,三年之内吾们就会回来,并且还会把原型芯片放到你的办公桌上。这个芯片起码能够解决一栽通例计算机所不及解决的题目。’”

在欠缺 IBM 量子技术声援的情况下,谷歌约请了一支外部团队,由添州大学圣塔芭芭拉分校的物理学家约翰 · 马丁内斯(John Martinis)领衔。马丁内斯和他的团队已经跻身于全球最顶尖的量子计算机开发者之列,他们曾设法将 9 个量子位串在一首。而奈文对佩奇的准许好像对他们来说也是一个值得寻求的现在标。

三年的期限转眼昔时,但马丁内斯的团队照样在为答对这一挑衅,而辛勤研发有余大型以及安详的芯片。2018 年,谷歌公布了当时最大的处理器 Bristlecone。Bristlecone 具有 72 个量子位,其他竞争对手的产品已经无法与之匹敌。马丁内斯展看谷歌会在昔时实现量子霸权。但是,当时一些团队成员正在开发另一栽叫做 Sycamore 的芯片架构,它与 Bristlecone 有所差别。最后证实,Sycamore 芯片能够行使更少的量子位处理更多的义务。该芯片只有 53 个量子位,而正本则答该有 54 个,但其中一个显现了故障。谷歌末了在往年秋天宣布实现了量子霸权。

出于实际现在标,展现中所行使的程序实际上是异国用处的。它能够产生随机数字,可这并不是量子计算机要干的活。但是,该程序能够用稀奇方式生成传统计算机难以复制的数字,从而表清新这相反念。

图 | 谷歌和 IBM 都在开发如许的图形界面,从而让行使量子逻辑门编程的做事变得更添容易 (来源:麻省理工科技评论)

问问 IBM 的员工对谷歌的收获有何看法,你就会发现他们的脸色是有多么寝陋。一向正经的澳大利亚籍 IBM 量子团队负责人杰伊 · 甘伯塔(Jay Gambetta)外示,“吾并不爱‘霸权’这个词,吾也不爱它的含义。” 他还说道,题目在于想要展看给定的量子计算是否会比传统计算机更添难得,这几乎是一件不能够的事,于是只展现一个案例并不及协助你找出其他的情况。

许多不属于 IBM 的人士,都认为把量子霸权看淡是一件愚昧的事。奈文外示,“任何与此有商业益处牵扯的人都必须最先亮出霸主地位。吾认为这是一个基本的逻辑。”即便是麻省理工学院那位态度温暖、中庸之道的物理学家兼不悦目察家威尔 · 奥利佛(Will Oliver)也外示,“这是一个严重的里程碑。它外明,无论处理何栽义务,量子计算机总会在某些义务上压服传统计算机。”

量子飞跃

无论你是否认同谷歌或者 IBM 的立场,下一个现在标都相等清晰,奥利佛外示:制造出能够协助人类的量子计算机。吾们期待有镇日,量子计算机能够解决现在大量必要用蛮力来计算出效果的题目,比如用于研发新式药物和原料的复杂分子建模,旨在缩短阻滞的城市交通流量即时优化以及进走永久的天气预报。(最后,它们也许还会破解当今那些用于珍惜通信以及金融营业坦然的添密暗号。不过,到谁人时候,能够全世界的大片面地区都将会采用防量子破解的添密手法。)不过现在,吾们无法展看出首个必要量子计算机来完成的义务是什么,或者该义务必要多大周围的计算机来完成。

这一不确定性与硬件和柔件两方面都相关系。从硬件方面来看,谷歌认为,现在该公司的芯片设计能够达到 100 到 1000 个量子位。然而,就像仅仅靠引擎的大幼并不及决定汽车的性能相通,量子计算机的性能也并不光取决于量子位的数目。吾们还要考虑到许多其他方面的因素,例如它们能够在 “消关系” 状态之外保持多久、出错率有多少、运走速度有多快以及它们是如何相互联系的。这些题目意味着,现在量子计算机的运走效果仅发挥出了其通盘潜质的一幼片面。

与此同时,量子计算机的柔件也像机器本身相通处于首步时期。在传统计算机周围,编程说话现在已经较早期柔件开发者行使的原生 “机器码” 削减了数个级别,由于相关数据存储、处理以及分流的细节都已经标准化了。负责谷歌团队中柔件做事的戴夫 · 贝肯(Dave Bacon)外示,“对于传统计算来说,当你进走编程时,你并不必要往晓畅晶体管的做事原理。”从另一方面来看,量子代码必须要按照量子位的情况来进走高精度调整,从而在最大水平上发挥其性能。这就意味着,IBM 的芯片并不会在其他公司的设备上运走,甚至谷歌的 53 量子位 Sycamore 芯片的优化技术也并纷歧定适用于异日该公司 100 量子位的姊妹芯片。更严重的是,这还意味着,没人能够展看 100 个量子位原形能够处理多么复杂的题目。

人们最敢想象的一件事就是,在异日的几年里,拥有几百个量子位的计算机被用于模拟一些中度复杂的化学反答,这也许足以推动新药和高效电池的研发。然而,退关系和舛讹会让量子计算机在进走诸如破解添密如许的义务时停工。

这就必要一台 “带有容错机制” 的量子计算机,它必要像传统计算机那样,修缮舛讹并不息运走。预期的解决方案就是制造冗余:使几百个量子位在共享的量子态中发挥一个量子位的作用。在共同作用下,它们能够修整单个量子位的舛讹。随着每个量子位最先受退关系的影响,临近的量子位将会让它们重新焕发生机,这是一个永世不会停留的互相挽救的循环。

按照清淡的展看,必要行使 1000 个相连的量子位才能达到这栽安详状态。这意味着,想要制造一台发挥 1000 个量子位功用的量子计算机,你实际上必要用到 100 万个量子位。奈文外示,据谷歌的 “保守” 推想,尽管还必要克服一些强大技术难题,其中一项现在 IBM 能够比谷歌更具上风,但该公司照样能够在十年内就制造出具有 100 万个量子位的处理器。

到谁人时候,也许许多事情都会发生转折。现在谷歌和 IBM 行使的超导量子位,到当时能够会成为像老旧真空管相通的技术,它们会被更添安详以及正经的技术所取代。尽管用于制造量子计算机的量子位并不多,但全世界的钻研人员都在行使各栽形式进走关系实验,以制造量子位。像 Rigetti、IonQ 以及 Quantum Circuits 如许的具有竞争力的初创公司,能够会在某个特定技术上发挥出上风,从而超越那些所谓的大牌公司。

图 | IBM 寻求的是让 “量子体积” 的数值每年都添长一倍,这其实就是著名的摩尔定律在量子周围的演绎。(来源:IBM 供图)

鉴于谷歌和 IBM 这两家公司的周围和财富总量,它们都有机会成为量子计算营业周围内的严重参与者。其他公司将会租用这些公司的设备来处理题目,这就像现在它们从亚马逊、谷歌、IBM 以及微柔租用云存储以及处理运算服务相通。由物理学家和计算机科学家引发的学术之争,将会演化为商业服务部分与市场部分之间的竞争。

哪一家公司会赢得这场竞争呢?收好降落的 IBM 能够会比谷歌更具紧迫感。IBM 清新进入市场过慢的惨痛经验和代价:往年夏季,IBM 斥资 340 亿美元收购了开源云服务供答商 Red Hat,这是有史以来该公司所开出的最高价码。始末此次收购,IBM 意图追赶亚马逊和微柔,并反转其财务近况。IBM 的战略安放是将自家的量子计算机安放在云端,并在一路先就竖立首付费营业。这一做法好像是为了让 IBM 在业界快人一步。

比来,谷歌也最先效仿 IBM 的做法,现在其商业用户包括美国能源部、大多汽车以及戴姆勒股份公司。马丁内斯对谷歌异国尽早采取走动的因为做出了浅易的注释:“吾们并异国将量子计算机竖立在云端的资源。”不过,这也只是谷歌异国将其置于要紧商业现在标的另一栽说法。

说这个决策会让 IBM 处于上风地位还为时过早,现在的要紧题目是,接下来两家公司将会如何将各自的益处答用到题目的解决之中。吉尔外示,IBM 将会从 “全栈” 技术中获好,这其中涵盖了原料科学、芯片制造以及对大公司客户的服务。从另一方面看,谷歌能够在周围快捷扩大的运营中添强硅谷文化所带来的创新力以及实践能力。

至于量子霸权,这实在将会成为人类历史中的严重时刻,但它绝非具有决定性的意义。毕竟,人人都清新莱特兄弟的首次飞走,可是又有谁能记得他们在之后做了些什么吗?

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