IBM向企業(yè)提供量子計(jì)算服務(wù)：量子計(jì)算究竟有何不同之處？

　　北京時(shí)間3月7日消息，IBM近日宣布了一項(xiàng)新業(yè)務(wù)“IBM Q”，旨在向企業(yè)和科研單位提供一種商用化的量子計(jì)算平臺。

　　1989年，IBM用35個(gè)氙原子拼寫公司名稱。最近，IBM成立了新的業(yè)務(wù)部，推動量子計(jì)算業(yè)務(wù)的發(fā)展。IBM花了35年時(shí)間研究，現(xiàn)在量子計(jì)算終于走向真實(shí)世界，向客戶推廣了。也許再過幾年，量子計(jì)算機(jī)就可以幫助亞馬遜加快送貨速度了。

　　IBM量子計(jì)算部門CTO、副總裁斯科特·克勞德(Scott Crowder)表示：“從今年開始，我們會讓特定產(chǎn)業(yè)合作伙伴接入量子系統(tǒng)。”

　　許多企業(yè)將賭注下在量子計(jì)算上。量子計(jì)算是一項(xiàng)突破性技術(shù)，它可以給計(jì)算帶來巨大進(jìn)步。為什么今天的智能手表和上世紀(jì)的大型主機(jī)一樣強(qiáng)大?看看摩爾定律就知道了，在過去幾十年里芯片的進(jìn)化與摩爾定律保持一致?，F(xiàn)在一些計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)停滯不前，正因如此，2017年的筆記本并沒有比2010年的筆記本快多少。

IBM量子計(jì)算部門CTO、副總裁斯科特·克勞德　

　克勞德稱：“摩爾定律難以為繼。”量子計(jì)算機(jī)只是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的補(bǔ)充，而不是替代者?？藙诘抡f：“有些問題傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法解決，我們可以用量子計(jì)算機(jī)解決。”

　　原子的行為和屬性比較特殊，量子計(jì)算機(jī)正是利用了這些特殊性，不過量子計(jì)算機(jī)相當(dāng)復(fù)雜，就連物理學(xué)家也難以理解。大學(xué)和政府實(shí)驗(yàn)室對量子計(jì)算機(jī)很感興趣，一些創(chuàng)業(yè)公司(比如Rigetti、D-Wave)積極研究，微軟、英特爾、谷歌的研發(fā)部門也參與進(jìn)來。

　　盡管如此，量子計(jì)算仍然處在發(fā)展初期，即使技術(shù)成熟了，也不要指望出會有量子iPhone出現(xiàn)。IBM量子計(jì)算機(jī)必須在極低的溫度下運(yùn)行，到底有多低呢?與絕對零度相差只有幾分之一度，比外太空還要冷。只有溫度足夠低，內(nèi)部的鈮和鋁組件才不會受到外部環(huán)境的影響。光是制冷就需要幾天時(shí)間。正因如此，客戶使用IBM量子計(jì)算機(jī)必須通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，并不是將量子計(jì)算機(jī)買來放在桌子上，或者放進(jìn)數(shù)據(jù)中心。

　　用在化學(xué)和安全領(lǐng)域

　　量子計(jì)算機(jī)到底能夠完成什么工作呢?早期階段，企業(yè)的主要任務(wù)是讓量子計(jì)算機(jī)有效運(yùn)轉(zhuǎn)、可靠穩(wěn)定。

　　之后，量子計(jì)算機(jī)可以完成下面一些工作：

　　——量子化學(xué)工作，例如預(yù)測微粒是如何作用的，開發(fā)新藥物時(shí)可以用得上。

　　——物流項(xiàng)目，在假日購物旺季，量子計(jì)算機(jī)可以尋找最有效的方案，加快貨物運(yùn)送速度。

　　——安全，在給定的時(shí)間段，有些數(shù)學(xué)問題用今天的主流方法無法解決，量子計(jì)算機(jī)可以，我們可以用量子物理構(gòu)建新的安全方案。

IBM量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室　　

量子計(jì)算尤其適合于化學(xué)領(lǐng)域。例如，工廠需要大量的能源制造肥料，成本高昂，用微小的細(xì)菌同樣可以制造，效率高得多。IBM實(shí)驗(yàn)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)管理人員杰瑞·周(Jerry Chow)說：“我們可以用量子計(jì)算機(jī)搞清反應(yīng)是怎樣的。”他還說，有了量子計(jì)算機(jī)，研究人員可以從分子層面分析變化，以前采用的方法很笨拙，只能進(jìn)行試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)。

　　IBM相信，量子計(jì)算機(jī)可以讓投資者更好地理解財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)。AI正在崛起，在某些情況下沒有太多的信息，計(jì)算機(jī)仍要根據(jù)信息做決策，有了量子計(jì)算，AI會變得更強(qiáng)大。

　　量子計(jì)算的主要任務(wù)就是分析大量的可能性。例如，要破解密碼需要測試大量的數(shù)字，從中找到數(shù)字密鑰，破解專用數(shù)據(jù)，量子計(jì)算破解速度很快。

　　不要太擔(dān)心，這種可能性仍然離現(xiàn)實(shí)有些遙遠(yuǎn)。政府、企業(yè)正在開發(fā)新的量子驗(yàn)證算法。

　　不可思議的技術(shù)

　　量子時(shí)代將為計(jì)算詞匯添加許多新術(shù)語，比如低溫隔離、約瑟夫遜結(jié)、退相干。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，除了傳統(tǒng)計(jì)算的“與”“或”邏輯門，還有來自量子計(jì)算的哈達(dá)瑪(Hadamard)門、Pauli-X門。

　　按照設(shè)計(jì)，量子計(jì)算機(jī)用“量子比特(qubits)”存儲數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用的是傳統(tǒng)比特，小型數(shù)據(jù)單元用0或者1記錄。1個(gè)量子位可以同時(shí)存儲0和1，通過量子疊加實(shí)現(xiàn)。

IBM制造的晶圓，其中每個(gè)芯片上都有5個(gè)量子比特　

　照此計(jì)算，1個(gè)量子位可以存儲兩種狀態(tài)的信息，也就是0和1;2個(gè)量子位就可以存儲4種狀態(tài)的信息，3個(gè)8種，4個(gè)16種。

　　由于在相同的量子位中存儲了許多疊加數(shù)據(jù)，量子計(jì)算機(jī)可以用更快的速度尋找多種可能的解決方案，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快得多。

　　盡管如此，在實(shí)際使用時(shí)仍然存在許多困難。例如，許多1或者0通過疊加在糾纏態(tài)量子位中存儲，當(dāng)我們?yōu)槟硞€(gè)計(jì)算問題尋找答案時(shí)，答案可能會隱藏在某些1和0的特定組合中。如果從量子位中讀取數(shù)據(jù)，所有量子位的狀態(tài)就會“塌縮”(collapse)，變成一種1和0的集合，這種集合并不一定能給出正確的答案。所以問題很復(fù)雜。

　　摸索前進(jìn)

　　要想搞清量子計(jì)算還要花很長的時(shí)間。正因如此，IBM、微軟、谷歌才會提供模擬量子計(jì)算機(jī)。2016年，IBM開通了一個(gè)名叫“Quantum Experience”的網(wǎng)站，讓外界試用5量子位計(jì)算機(jī)。

　　克勞德稱，如果量子位超過30，筆記本電腦就無法模擬了。未來幾年，IBM Q量子計(jì)算機(jī)會擴(kuò)大到50量子位。

　　只有當(dāng)企業(yè)在運(yùn)營中使用量子計(jì)算，業(yè)務(wù)才會真正取得突破。克勞德說，量子位達(dá)到1000左右才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。讓量子位達(dá)到100萬，這是一個(gè)大門檻，當(dāng)規(guī)模如此龐大時(shí)，量子計(jì)算機(jī)就可以克服錯(cuò)誤問題。與傳統(tǒng)計(jì)算相比，錯(cuò)誤對于量子計(jì)算的影響更大。

　　克勞德稱：“在量子系統(tǒng)中容錯(cuò)率更低，所以必須增加量子位，可能還要十多年才能解決。”