逐鹿量子计算:颠覆经典计算机的计算机

  利用超导量子比特,实际上早在2007年2月,加拿大D-Wave系统公司就制造出了首个商业量子计算机,128位的D-Wave one,后来他们推出的D-Wave two,号称有512个量子比特,售价1000万美元,谷歌公司、洛克希德马丁公司,都是这种量子计算机的首批买主。

  但是这台“号称”的量子计算机有些名不副实。去年加入谷歌量子计算机实验室的美国加州圣巴巴拉大学物理学教授约翰•马丁内斯(John Martinis)就曾经撰文指出,D-Wave的机器虽然具有量子计算的部分特征,但并没有真正提升计算机的运算速度。

  郭光灿告诉财新记者,目前马丁内斯团队在固态量子芯片上做得最好,已经做到11个量子比特。“我们是采用半导体量子点的方法,也需要绝对零度左右的低温环境,国内也有很多人是做超导,现在是主流。”

  今年7月17日的《自然通讯》,发表了中科院量子信息重点实验室在固态量子芯片研究上取得的进展,他们成功实现了半导体量子点体系的两个电荷量子比特的控制非逻辑门,逻辑门是计算机运算的基本单元,这一进展是进一步研制实用化半导体量子计算的基础。

  王坚表示,对于不同的技术路线,我们没有太多的选择权,因为大家对于量子计算本身技术方向并不是很清楚,国际上能在前沿做的实验室也没有几家。

  在他看来,对于量子计算这个项目,阿里巴巴最大的收获是有机会介入这个领域。共同参与这个过程,成为这个变革的推动因素。共同打造一种未来的技术,技术路线上也是开放的。

  陆朝阳透露,联合实验室的技术路线将不局限于只做光子体系,而是选择了三个最有希望的体系,一个是光子体系,一个是超冷原子体系,一个是超导量子比特,这也相当于一个三步走的策略,第一步达到普通计算机水平,用光子的体系,20-30个量子比特,就可以达到。

  在光子体系上,潘建伟的团队在国际上可以说是最领先的。“我们希望把这个优势继续保持下去,当我们能够操纵大约30个光子的时候,我们将能够做一些令人惊叹的事情。”陆朝阳说。

  他们的第二步是在五至十年内实现利用超冷原子体系作量子模拟,用来解决物理化学、材料设计等方面目前没法算清楚的问题。第三步的目标是10-15年内,利用超导量子比特,制造大规模的通用量子计算机。

  使用超导的方式,可以在芯片上集成,可以操纵的精度很高,达到99.99%,超越了容错量子计算理论上的阈值,在科学上说,已经完全满足了DiVincenzo量子计算五条黄金标准,相当于前面的道路上已经看见了绿灯。“这方面美国做得最好,我们会奋起直追。”陆朝阳说。

  投入杯水车薪

  早在两年前,一直视通信与计算技术为生命的阿里巴巴,对基于中国科技大学潘建伟团队技术实施量子通讯技术开发的安徽量子通讯有限公司(下称量通公司)产生了兴趣。但是几次沟通下来,他们改变了主意。

  这种改变不是他们不想合作了,而是他们过去想过的合作方式并不适合这一领域。

  “一开始的时候,是我们主动的,”王坚告诉财新记者,通过几次接触量通公司,我们感觉需要解决的问题还远远不到产业化的程度。“这不是一种现成的技术,已经在国外实现,我们实现本土化,而是到底怎么能够产业化,外国人也没搞清楚,但是这恰恰是我们可以领先的地方。”

  “企业愿意做这样一个桥梁,一起来赢得量子计算的话语权。这也是少数几个,真正能够拿技术换市场的机会。”他说。

  而对于中科院来说,阿里巴巴也恰恰能够提供一个验证量子通讯、量子计算技术的规模化实验平台。因为从互联网的发展历程就可以看出,技术的演进都是从小范围的应用到大规模地推广的过程。“现在我们就有这个条件。”

  每年3000万元,看上去很多,实际上远远不够。伦敦大学计算机学教授彼得•本特利(Peter J Bentley)就曾经表示,相对于我们从真空管到晶体管再到硅芯片的进化速度,量子计算机的进展的确非常缓慢。这是一个非常难的物理问题,我们至今依然未能完全理解它。“谷歌可能需要花费数十亿美元以及数十年时间,才能让我们看到真正的量子计算机。”

  为了让量子计算机抗环境干扰,只能让它在超低温环境中运行,不管是超导的方法,还是半导体量子点的方法,都工作在绝对零度(零下273.15摄氏度)附近。为构建这种环境,科学界就需要投入大量资金和精力,而这还不是量子计算机本身。