Intel研究院院長：量子計(jì)算商業(yè)化是馬拉松 而不是短跑沖刺

最近谷歌實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的報(bào)道刷屏了，而另一個(gè)量子計(jì)算巨頭IBM對(duì)此有不同看法，兩家打起了口水戰(zhàn)。無論爭議如何，這次事件是量子計(jì)算的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)在Intel院士、研究院院長Rich Uhlig也參與進(jìn)來了，談到了量子計(jì)算商業(yè)化的問題。

Rich Uhlig為最近量子計(jì)算取得的進(jìn)展感到振奮，53個(gè)量子位200秒的運(yùn)算就相當(dāng)于最強(qiáng)超算1萬年的性能了，但是Intel也指出量子計(jì)算距離實(shí)用還很要元，他們做了大量模擬，認(rèn)為“只有在數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)量子位可靠運(yùn)行的情況下，量子計(jì)算機(jī)才能比超級(jí)計(jì)算機(jī)更快地解決實(shí)際問題?！?/p>

Rich Uhlig也向大家介紹了Intel研發(fā)的硅自旋量子位技術(shù)，相比其他公司在研究的超導(dǎo)量子位技術(shù)，自旋量子位的尺寸比同類量子位小得多，比超導(dǎo)量子位具有更大的微縮優(yōu)勢，目前Intel正在研究300mm晶圓上使用現(xiàn)有的工藝、設(shè)備制造自旋量子位的技術(shù)。

以下是詳細(xì)內(nèi)容：

本文作者為英特爾技術(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)及客戶端事業(yè)部高級(jí)院士、英特爾研究院院長Rich Uhlig，他指出：“最近的科研成果值得慶祝，但實(shí)際應(yīng)用才是真正的考驗(yàn)?！?/p>

量子計(jì)算之所以受到廣泛關(guān)注，是因?yàn)樗型鉀Q當(dāng)今計(jì)算機(jī)無法解決的問題，如：新藥物研究、金融建模和宇宙運(yùn)行方式探索。世界各地的大學(xué)、政府部門和技術(shù)公司都在努力實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的量子計(jì)算系統(tǒng)，并取得了令人矚目的進(jìn)展。但如果把量子計(jì)算商業(yè)化比作一場馬拉松比賽，現(xiàn)在才剛剛跑完一英里。在量子計(jì)算商業(yè)化進(jìn)程中取得的重要里程碑值得認(rèn)可和慶祝，并需要在此基礎(chǔ)上不斷進(jìn)步。

正如英特爾和全球各地研究人員的研究表明，量子計(jì)算有望解決傳統(tǒng)計(jì)算，乃至世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)無法解決的問題。

近日，谷歌的研究人員通過“量子霸權(quán)”的基準(zhǔn)測試，展示了與傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算機(jī)的非凡速度。谷歌團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種算法，只需200秒就可在一個(gè)小型量子處理器，即53量子位的超導(dǎo)測試芯片上完成一次分析，而當(dāng)前最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)大約需要1萬年才能完成該分析。我們祝賀谷歌團(tuán)隊(duì)此次精彩的展示。

在這一令人振奮消息的鼓舞下，我們現(xiàn)在應(yīng)關(guān)注如何構(gòu)建能夠用于解決棘手挑戰(zhàn)的系統(tǒng)，即“量子實(shí)用性”。為了直觀地了解如何才能實(shí)現(xiàn)量子實(shí)用性，英特爾的研究人員利用高性能量子模擬器，來預(yù)測量子計(jì)算機(jī)在解決Max-Cut優(yōu)化問題時(shí)，超過超級(jí)計(jì)算機(jī)的節(jié)點(diǎn)。Max-Cut是一個(gè)復(fù)雜性隨著變量數(shù)量增加而成倍增加的算法，廣泛用于從交通管理到電子設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，因此我們選擇Max-Cut作為測試案例。

在研究中，針對(duì)一系列規(guī)模不斷增加的Max-Cut問題，我們把容噪量子算法與最先進(jìn)的經(jīng)典算法進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)過大量模擬，研究表明：只有在數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)量子位可靠運(yùn)行的情況下，量子計(jì)算機(jī)才能比超級(jí)計(jì)算機(jī)更快地解決實(shí)際問題。換句話說，業(yè)界要開發(fā)出這種規(guī)模的功能性量子處理器可能還需要數(shù)年時(shí)間，以及很多工作要做。

英特爾與合作伙伴以及科研界，共同致力于加快整個(gè)量子計(jì)算堆棧的發(fā)展，在這場馬拉松比賽中一步一步接近“量子實(shí)用性”的目標(biāo)。

英特爾公司正在把超導(dǎo)量子計(jì)算測試芯片擴(kuò)展到更高的量子位數(shù)——從7到17，再到49個(gè)量子位（從左至右）。需要多個(gè)鍍金連接器來控制和操作每個(gè)量子位。

我們對(duì)在硅自旋量子位技術(shù)領(lǐng)域取得的進(jìn)展感到非常興奮。自旋量子位的尺寸比同類量子位小得多，比超導(dǎo)量子位具有更大的微縮優(yōu)勢。事實(shí)上，自旋量子位類似于單個(gè)電子晶體管，而這正是英特爾在過去50年間一直鉆研的技術(shù)。由于這種相似性，我們能夠?qū)木w管制造中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，廣泛應(yīng)用于量子計(jì)算研究。如今，我們正在300毫米硅晶圓上制造自旋量子位，并使用與生產(chǎn)最先進(jìn)的英特爾處理器的相同設(shè)備和工藝。此外，為了進(jìn)一步加快研究和反饋周期，我們?cè)O(shè)計(jì)了量子低溫晶圓探測儀cryoprober，以便大規(guī)模測試和表征300毫米硅自旋量子位晶圓。

這些發(fā)現(xiàn)和正在進(jìn)行的研究表明，量子計(jì)算將是一個(gè)劃時(shí)代的革命性技術(shù)。然而，在量子計(jì)算的探索之旅中，還要繼續(xù)克服許多挑戰(zhàn)、跨過很多里程碑，才能真正改變生活。

因此，讓我們?yōu)檫@個(gè)科研高光時(shí)刻以及背后的研究人員鼓掌喝彩！同時(shí)，也要把目光投向更加遙遠(yuǎn)的終點(diǎn)線：量子實(shí)用性。