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IBM布局的量子时代,将再次引领未来科技应用

2019-06-11来源:中国新教育网

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量子科技是当今世界最前沿的科学技术,中国、美国和欧洲投入多个实验室去攻克相关课题。中国在2016年8月在国际上成功发发射世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”,今年年初已完成全部在轨测试工作,并正式交付中科大实验团队开展科学实验任务。去年年底,国际首条千公里量级的量子通讯骨干网“京沪干线”已全部贯通。美国在量子计算机方面的研发位居世界前列,最新IBM推出了首个通用量子计算机,再次引领了未来科技应用。



据《自然》报道,今年IBM公司将推行世界首个商用“通用”量子计算服务IBM Q系统,建立在IBM的Quantum Experience的技术之上。虽然技术尚不成熟,但是IBM将围绕其展开一项长远的战略规划。


每当你想创造一个东西,就会发现它们已经出现了

IBM公司在3月6日宣布,今年某个时间计划推行世界首项商用“通用”量子计算服务。这个命名为IBM Q的系统可在网上免费使用。


IBM “Q Lab”的功能至少现在还不会胜过传统计算机。但是,公司表示,这个系统对发展未来量子机的市场至关重要,未来量子机器将可以解决传统计算机无法运行的复杂运算。云服务是创建有用量子计算机鏖战的最新进展。


这个项目建立在开发IBM现有云计算服务的专有技术之上:任何人可以免费使用的Quantum Experience。该系统在2016年5月上线,最近的用户界面得到升级。


Quantum Experience界面


在纽约IBM研究中心领导量子计算实验室的物理学家杰瑞·乔(Jerry Chow)说,“它上线的10个月让我们学会很多。”它给世界范围的研究者一个无需使用自己的量子计算机就可练习建立量子算法的途径。乔说,IBM的整体战略是围绕这项技术建立“一个社区和一个生态系统”。


IBM公司对IBM Q何时上线守口如瓶,只说今年会上线。它也没有透露系统会有多强大,或需要花多少钱才能使用。公司说,已经有首批客户排队等其发布,但不会透露客户信息,只说几位商用合作伙伴会针对机器测试发展它们自己的应用。


量子竞赛

量子计算机利用次原子物理学的反直觉性能,信息单位量子比特(量子位)可以同时具有多种状态,而不是传统计算中只能简单表示0或1的比特。自20世纪90年代伊始,理论物理学家,包括一些在IBM工作的,开发了基于量子的算法,理论上可以比传统计算机指数倍更快地执行某些任务。



但实际上,让足够多的量子比特一起在通用量子计算机运行这样的算法,被证明是十分有挑战性的。目前已有两项领先技术可以处理量子比特:一项技术用电场与磁场使单个离子陷于真空中;另一项技术将量子比特纳入微观超导电路中,维持绝对零度以上几度的温度。IBM倾注于后一种技术。


最近几年,谷歌(微博)也进入量子竞赛中,在圣巴巴拉市(美国加利福尼亚州)建立了一个超导量子位实验室。IBM和其它几家公司以及学术实验室已经宣布了建立超越传统计算机机器的激进计划。但是,这些机器每个需要运行大约50量子位。目前的记录是大约20量子位,只勉强够简单的运算。


实际事务

因此,当IBM推出Quantum Experience(运行5超导量子位)时,许多人没有看到此举的意义何在。物理学家克里斯托弗·门罗(Christopher Monroe)说,“许多人视其为作秀。”他在马里兰大学帕克分校的离子阱实验室工作,并表示他认为这件事很重要。



即使这不是最先进的机器,IBM已经克服了许多挑战使Quantum Experience上线,让不一定是物理学家只是先前用过量子计算机的研究员能在线使用。这包括创建一个不需要建造其的物理学家持续关注也能运行的系统。门罗说,“将机器放在云端是显而易见的,但是让系统达到那个程度需要投入很多工作。”


能使用Quantum Experience或IBM Q这样的系统意味着世界范围的研究员开始面对量子编程的独特挑战。这和传统的编程截然不同,它需要程序员理解适应物理量子位的局限。门罗说,原则上,5量子位的机器很容易用传统计算机甚至笔记本模拟。但是真正的量子位不是这么简单的。


麻省理工学院的物理学家艾萨克·庄(Isaac Chuang)说,“真正的挑战在于你是否能让你的算法在现实中有缺陷的硬件上运行。”

乔说,IBM Q会比 Quantum Experience有更多的量子位,但是公司还没有公布一个具体的数值。


量子云的时代

Quantum Experience目前已经在超过100个国家里吸引了大约40,000名用户。比如庄就在他去年教的量子计算本科生课上在线使用了量子体验,学生得以在实际的量子计算机上练习编程。


Quantum Experience的系统用户已经做了275,000次试验,发表了15篇研究论文。其中,门罗领导的团队和他的合作伙伴对比了IBM的超导机器和门罗实验室1号的5量子位离子阱机器的表现。IBM公司的量子云服务更快,但是门罗的机器更精确。



门罗与别人联合创立了IonQ公司,预计推出基于云端的离子阱量子服务,但是他不能给出具体时间。谷歌量子计算实验室的领头人约翰·马蒂尼斯(John MarTInis)说,谷歌正计划用自己的超导量子位机器做同样的事,但只有在它做出可以运行50量子位的计算机之后。


同时,加拿大本那比的D-波公司(D-Wave)从2010年就在云端提供量子计算服务。系统的高级副总裁杰尔米·希尔顿(Jeremy Hilton)说,“我们的战略核心是向云端访问进发。”但是D-波的机器不是“通用”计算机,只能运行有限范围的量子算法。不论如何,几个研究小组已经使用该量子计算服务来做项目。

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