谷歌宣稱，其新款芯片Willow在求解某數(shù)學(xué)方程時，速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計算機(jī)，此消息再次點燃了圍繞量子計算的熱情。更重要的是，谷歌稱已跨越通向無誤量子計算機(jī)這一“技術(shù)巔峰”的關(guān)鍵門檻。
科技界對量子計算的炒作并非首次。2019年，谷歌推出Sycamore處理器時，也曾宣稱其在求解數(shù)學(xué)方程時超越了傳統(tǒng)計算機(jī)，實現(xiàn)了量子霸權(quán)（quantum supremacy），由此引發(fā)了上一輪熱潮。當(dāng)時的新聞報道從各個角度詳述了這些“神奇機(jī)器”對各行各業(yè)的潛在影響。但熱潮很快消退，因其雖得到了驗證，但尚未滿足大規(guī)模應(yīng)用的條件。而且英偉達(dá)持續(xù)推出的超高性能芯片在模擬量子計算方面表現(xiàn)出色，并規(guī)避了量子計算的弊端。
理解傳統(tǒng)計算與量子計算的差異，對了解該領(lǐng)域很有幫助。傳統(tǒng)計算機(jī)使用數(shù)字比特，借由電流的通斷操控微小晶體管，以0和1來處理信息。量子計算機(jī)則采用量子比特，依靠天然粒子或人造粒子處理0和1之間的數(shù)據(jù)。用繪畫類比，個人計算機(jī)芯片上的比特就像黑色或白色，量子比特則可以是色輪上的任意顏色。這種潛在的值數(shù)組正是量子計算如此強(qiáng)大的原因，也決定了它們能夠執(zhí)行遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計算機(jī)能力的復(fù)雜運算。然而，問題在于量子比特極為脆弱，可能導(dǎo)致量子計算機(jī)丟失信息，產(chǎn)生錯誤。而谷歌的最新成果是能夠在更大規(guī)模上糾正這些錯誤。
谷歌的公告重燃公眾對量子計算的熱情，這是件好事。這個行業(yè)正在悄然取得巨大進(jìn)展，有望為企業(yè)和政府研究人員提供極具價值的計算設(shè)備。投資者應(yīng)當(dāng)保持耐心。部分計算機(jī)制造商，如IonQ Inc．，聲稱他們的設(shè)備已經(jīng)展現(xiàn)實際效用。這家初創(chuàng)公司的股價在本年度已上漲逾3倍，該公司計劃在其工廠打造5臺量子計算機(jī)，并剛剛在瑞士搭建了一臺。
眾多早期的量子計算機(jī)型號（雖容易出錯），如IonQ和Rigetti Computing的產(chǎn)品，均能通過亞馬遜的Braket與微軟的Azure平臺進(jìn)行訪問。這些平臺也可接入其他公司的量子計算機(jī)，包括Pascal、Quantum Circuits Inc．以及由霍尼韋爾國際公司（Honeywell International Inc．）控制的Quantinuum制造的設(shè)備。IBM通過其Qiskit平臺提供軟件工具，并開放了部分量子計算機(jī)型號的訪問權(quán)。谷歌提供軟件工具和模擬服務(wù)，但量子計算機(jī)尚未對外開放。
換句話說，盡管量子計算機(jī)容易出錯且功能有限，但可以通過基于云的網(wǎng)絡(luò)訪問。行業(yè)資深人士，例如加州理工學(xué)院的約翰·普雷斯基爾（John Preskill），多年來一直秉持“量子計算尚需十年”的觀點，如今也開始感到興奮。
“量子硬件已經(jīng)發(fā)展到能夠推進(jìn)科學(xué)發(fā)展的階段，”普雷斯基爾在Willow發(fā)布會所附視頻中說道，“我們可以研究此前從未觸及的復(fù)雜量子系統(tǒng)�！�
普雷斯基爾說這些系統(tǒng)正在不斷改善。有鑒于此，霍尼韋爾應(yīng)該抵御投資者要求其出售Quantinuum股權(quán)的壓力，該公司持有54%的Quantinuum股權(quán)。目前，該行業(yè)已臨近為眾多行業(yè)的研究提供強(qiáng)大工具的關(guān)鍵階段，其價值必然會持續(xù)上升。投資者所主張的簡化霍尼韋爾集團(tuán)模式的觀點，恰恰忽略了這一趨勢。
當(dāng)然，量子計算機(jī)尚未準(zhǔn)備好進(jìn)入主流市場，因為這些設(shè)備仍存在較高的出錯率。但這場關(guān)于誰能率先打造出實用的量子計算機(jī)的競賽正進(jìn)入沖刺階段，現(xiàn)在是關(guān)注投資機(jī)會的大好時機(jī)，同時也帶來了一場極具娛樂價值的“真人秀”。在這場競賽中，科學(xué)家們組隊對抗，力爭成為一個新的計算機(jī)時代的奠基者。不過，最終可能很難確定一個贏家，因為在技術(shù)能夠顯著推動科研發(fā)展之前，往往是逐步演進(jìn)、累積提升的。
這場競賽之所以如此有趣，是因為它讓兩大技術(shù)路線或陣營形成對峙，以角逐終極目標(biāo)：一臺具備足量糾錯量子比特、以開展高級計算的機(jī)器。這兩大陣營的分歧將解答一個關(guān)鍵問題：人類能否制造出一種可生成量子態(tài)的物體，并進(jìn)行充分的調(diào)整，使生成的量子態(tài)匹敵原子或光子等粒子所具備的天然量子態(tài)？
制造量子比特的陣營包括谷歌、IBM、Rigetti、IQM等公司，它們正在構(gòu)建運用超導(dǎo)量子比特的計算機(jī)。在Willow公告中，谷歌介紹了其位于加州圣巴巴拉的專門制造超導(dǎo)量子比特的設(shè)施，以及該設(shè)施如何大幅提高了其量子比特處于量子態(tài)的時長。
另一陣營是利用原子或光子等天然粒子創(chuàng)建量子比特的公司。他們認(rèn)為基于半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步的量子比特制造方法將面臨技術(shù)瓶頸，無法實現(xiàn)所需的制造精度和連接能力。此陣營包括制造受控離子計算機(jī)的IonQ和Quantinuum等公司，他們通過激光捕捉、控制和操縱原子（有初創(chuàng)公司選擇了光子）。超導(dǎo)陣營指出，用激光移動原子等粒子會產(chǎn)生錯誤并降低計算速度。對于用天然粒子制造的計算機(jī)來說，擴(kuò)展能力是個大難題，而制造量子比特的公司能依靠半導(dǎo)體行業(yè)已有的擴(kuò)展能力。
量子比特之間也存在差異。別忘了，這是真實粒子與人造粒子的比拼。或許兩種路徑都將在市場上占有一席之地。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可能會著重于明確提供給程序員的糾錯或邏輯量子比特的數(shù)量。在Willow公告中，谷歌宣稱已超越“門檻以下”水平，能夠增加量子比特并減少錯誤。這一點至關(guān)重要，因為量子計算機(jī)需要加入備用量子比特來糾正和維持邏輯或糾錯量子比特的數(shù)量。傳統(tǒng)計算機(jī)也會糾錯，但晶體管出錯的概率本就微乎其微。
Quantinuum、IonQ、Atom Computing等基于原子的計算機(jī)制造商自認(rèn)為在這場競爭中處于領(lǐng)先地位，因為他們的量子比特的錯誤率相對較低。今年4月，Quantinuum與微軟聯(lián)合發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)闡述了如何使用30個物理量子比特構(gòu)建4個邏輯量子比特。這里需要提醒一下，研究人員曾表示，即使一臺只有100個糾錯量子比特的計算機(jī)，也可以實現(xiàn)傳統(tǒng)計算機(jī)無法比擬的計算能力。
這場曠日持久的量子計算競賽正接近尾聲，且競爭步伐不斷加快。這將催生諸多商業(yè)機(jī)會。IonQ的股價剛剛創(chuàng)下歷史新高，Rigetti的股價自12月6日以來已然翻倍。Quantinuum可能在不久后上市。谷歌已經(jīng)點燃了公眾熱情。霍尼韋爾等公司的投資者應(yīng)該認(rèn)識到，耐心等待將為他們帶來豐厚回報。
