逐鹿量子计算:颠覆经典计算机的计算机

计算机

  计算机的出现,在50多年间深刻颠覆了人类的生活模式。那么,什么会颠覆如今的计算机?科学家给出的答案是:量子计算机。

  量子计算机被全球各国科学家公认为最重要和尖端的科技之一,近年,各国科技部门以及多家大型科技企业都在这一科研领域投入巨资。在谷歌两年前建立量子计算机实验室之后,阿里巴巴集团也跟中国在量子计算机研究上的国家队走到了一起。

  7月30日下午,阿里巴巴集团(下称阿里巴巴)旗下阿里云宣布联合中科院成立“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”。

  根据阿里巴巴发布的新闻稿:实验室将结合阿里云在经典计算算法、架构和云计算方面的技术优势,以及中科院在量子计算和模拟、量子人工智能等方面的优势,颠覆摩尔定律,探索超越经典计算机的下一代超快计算技术。

  阿里巴巴以资金和阿里云应用经验助力中国量子计算机研制,无疑会加快中国量子计算机面世的步伐。但这能否让中国在这一领域领先,并不确定,因为该领域的世界科研竞争太过激烈。

  量子计算机是指遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的计算机。 在科学界看来,在量子计算机强大计算能力的帮助下,人类可以提供更为精准的天气预报、让药物发现过程更高效、迅速计算出最佳路线、甚至发现更多的系外行星。

  根据中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室的研究计划:预计到2025年,量子模拟将达到当今世界最快的超级计算机的水平,初步应用于一些目前无法解决的重大科技难题;到2030年,研制具有50-100个量子比特的通用量子计算原型机。

  按照中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主任潘建伟的说法, 新一代量子计算机能够解决目前世界上最好的超级计算机都无法解决的问题,而速度将比世界上运行速度最快的中国“天河二号”超级计算机快百亿亿倍。

  实际上早在五六年前,计算机业界就开始预测,经典计算机的摩尔定律很快就会因为芯片的晶体管精细程度达到分子级别而达到极限。目前的加工水平已经达到10纳米,极限已然接近。而量子计算机,是让计算能力得到倍增的必由之路。并且这一计算能力的飞跃,将远远超越从算盘到当代超级计算机的提升。

  对于阿里巴巴来说,每年3000万元的投入并不算多,对于研发量子计算机来说也是杯水车薪,但这却是中国民营企业在前沿技术研发上的最大一笔投入。这件事情的示范意义在于,工业界与学术界割裂的鸿沟由此开始弥合。

  当然,前方面临的困难并不简单。

  15年计划

  根据阿里和中科院这次的计划,阿里巴巴将每年投入3000万元,建设量子计算实验室,首期合作5年,计划合作年限为15年。实验室成立后,将面向国内外延揽掌握核心技术、处于创新能力高峰的拔尖人才,打造中国量子计算研究的“梦之队”。

  阿里巴巴集团首席技术官王坚博士对财新记者说, 通讯和计算的问题是互联网企业最关心的问题。从计算能力上说,传统的技术已经达到了一个瓶颈,而量子通讯技术对于通信安全性问题的解决,属于一种根本性的突破。

  不断被挑战,但不断被验证的摩尔定律,终于即将走到尽头。在人类对于晶体管的加工水平已经达到十几纳米量级的时候,微观粒子的量子效应已经不可以忽略不计,这让已经奏效数十年的以经典物理为基础的计算机体系结构,也基本走到了极限。

  但是希望总是在绝望之后出现。如果能够对于粒子的量子效应加以利用,其对于计算能力的提升将不只是百倍、千倍的级别,而是百亿、千亿倍的级别,在这种计算能力的帮助下,不仅许多因为计算能力而困扰人类的科学问题可以解决,对于广大公众和企业来说,在云计算时代作为一种服务而被提供的计算能力,可以说是“取之不尽,用之不竭”。

  量子计算机与经典计算机最大的区别,就是它的每个数据用不同的粒子的量子状态表示,而且根据量子力学的原理,粒子的量子状态并不确定,而是不同量子状态的叠加。经典计算机存储数据的最小单位是比特,量子计算机存储数据的最小单位就是量子比特。