微軟重磅宣布制造全新量子計算機原型，與谷歌和IBM路徑迥異

如果量子計算機的性能能夠達到預期，那么它將在藥物研發(fā)、人工智能甚至當代物理研究中發(fā)揮重要作用。

【編者按】本文轉自DeepTech深科技；編輯：離子心、十三
目前，業(yè)界普遍對量子計算機的實(shí)用化前景表示樂(lè )觀(guān)。而曾幾何時(shí)，量子計算機還只是科幻小說(shuō)家的紙面玩意。如果量子計算機的性能能夠達到預期，那么它將在藥物研發(fā)、人工智能甚至當代物理研究中發(fā)揮重要作用。

過(guò)去數年中，科技巨頭谷歌和IBM已經(jīng)在量子計算機研發(fā)領(lǐng)域開(kāi)始行動(dòng)，而相比之下一直比較沉寂的微軟公司也終于開(kāi)始發(fā)力。

昨日，微軟官方網(wǎng)站刊文指出，這家科技巨頭將著(zhù)手量子計算工程樣機研發(fā)，把已經(jīng)進(jìn)行了十多年的量子計算機研究工作付諸于實(shí)踐，而且其宣稱(chēng)這可能是一臺能擊敗谷歌和IBM的量子計算機樣機。

一般而言，由晶體管構成的傳統比特在特定時(shí)刻只能處于0或1這兩種狀態(tài)中的一種，所以計算能力有限。然而，量子比特可以處于0和1的疊加態(tài)。若某個(gè)量子比特和其他量子比特彼此之間存在糾纏態(tài)，那么這一組量子比特可以同時(shí)表示大量的數。而一臺真正意義上的量子計算機將包含幾百甚至上千個(gè)量子比特，其計算能力將是無(wú)比強大的。

而微軟的信心則來(lái)源于其選擇的獨特研發(fā)路徑。與谷歌和IBM使用超導導線(xiàn)環(huán)作為量子比特不同，微軟的思路是基于一種被稱(chēng)為“任意子”（anyons）的粒子，這種粒子只能存在于二維空間。無(wú)疑，任意子的奇異物理特性被微軟所看好。

微軟的野心

早在2005年，微軟就建立了“Q站”（StationQ），由數學(xué)家米切爾·弗里德曼（Michael Freedman）領(lǐng)導，從事量子計算基礎研究。

時(shí)至今日，據負責量子計算機項目的微軟資深技術(shù)經(jīng)理托德·霍爾姆達爾（Todd Holmdahl）的透露，微軟目前已經(jīng)基本完成了基本量子比特模塊的設計，正在進(jìn)行樣機設計。

托德·霍爾姆達爾認為，量子計算正處在理論研究轉向工程研發(fā)的轉折點(diǎn)。盡管能否達成最終目標仍有不確定性，但微軟長(cháng)期以來(lái)的量子計算研發(fā)積累讓托德·霍爾姆達爾相信，打造微軟版量子計算樣機的條件已經(jīng)成熟?？紤]到一旦成功帶來(lái)的巨大收益，值得為此冒適當的風(fēng)險。

陶德·霍爾姆達爾（ToddHolmdahl）是微軟的量子計算硬件和軟件研發(fā)項目的負責人

霍爾姆達爾表示，一旦第一個(gè)量子比特制成，微軟將開(kāi)始構建大規模量子比特陣列的研究。

迄今為止，物理學(xué)和計算機學(xué)界仍在爭議——能否制造出像支持者設想的那樣工作的量子計算機。

一些研究團隊試圖用其他的材料和方案制造量子比特，而微軟的底牌則是“拓撲量子比特”。相比之下，微軟的方案“拓撲量子計算”是基于三位物理學(xué)家對只能存在于二維世界的物體的研究成果，該成果曾獲得了本年度諾貝爾物理學(xué)獎。

辮子數學(xué)理論或將成為未來(lái)拓撲量子計算機的基礎

通常而言，量子比特是量子計算機的基本單元，一組量子比特可以同時(shí)處理一個(gè)問(wèn)題的多個(gè)解，而傳統計算機只能串行處理。

但擋在量子計算機前面的最大障礙是：量子比特太不穩定。因此，量子計算機必須被放在超低溫下，才能工作得長(cháng)一點(diǎn)。

但在面對電子噪聲和熱干擾的時(shí)候，微軟所采用的拓撲量子比特則具有更強的魯棒性，可以用來(lái)制造更穩定、更有效的量子計算機。

IBM量子計算機的冷卻裝置

微軟很重視工程樣機研發(fā)，但這家科技巨頭并不僅僅想要一臺只能在實(shí)驗室中工作的量子計算機，而是希望提供量子計算軟硬件接口，從而讓對量子計算并不精通的其他領(lǐng)域專(zhuān)家也可以用該機器來(lái)解決現實(shí)世界中的問(wèn)題，從而量子計算機將能夠引領(lǐng)新一輪信息技術(shù)革命，在醫藥和材料科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重大突破。

與此同時(shí)，在啟動(dòng)量子計算機樣機研制的同時(shí)，微軟還啟動(dòng)了相應的量子計算軟件研發(fā)項目，目的在于開(kāi)發(fā)能夠求解復雜問(wèn)題的軟件。軟硬件之間的研發(fā)工作還可以互相推動(dòng)，共同促進(jìn)。

微軟量子計算項目負責人霍爾姆達爾指出，第一個(gè)晶體管在50年前被發(fā)明出來(lái)的時(shí)候，沒(méi)有一個(gè)科學(xué)家能想到類(lèi)似于手機之類(lèi)的應用。而如今，量子計算機也處于這樣一個(gè)類(lèi)似的爆發(fā)點(diǎn)。

在霍爾姆達爾看來(lái)，量子計算火候已到，他可不想錯過(guò)這樣一個(gè)風(fēng)口。

微軟已做好技術(shù)儲備迎接“量子未來(lái)”

更重要的是，某些技術(shù)未必會(huì )在人類(lèi)充分了解其物理原理后才會(huì )出現。比如，理查德·費曼（Richard P. Feynman）在1982年就預見(jiàn)了量子計算機的出現。

對此，微軟項目組主要成員查爾斯·M·馬庫斯以自家的一輛舊汽車(chē)做了類(lèi)比。在購買(mǎi)這輛車(chē)時(shí)，儀表盤(pán)上還有能把煙灰直接從香煙上吸走的煙灰吸收器。

馬庫斯認為，當時(shí)應該一定有不少人認為，煙灰吸收器就是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的巔峰，而沒(méi)人設想過(guò)自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

因此，馬庫斯對量子計算機的前景表示樂(lè )觀(guān)——現在的量子計算機如同煙灰吸收器一樣是個(gè)雛形，但遲早有一天會(huì )像自動(dòng)駕駛汽車(chē)一樣改變世界。

全球頂尖量子計算大腦齊聚StationQ

霍爾姆達爾的項目組成員包括代爾夫特大學(xué)物理學(xué)家里奧·科文霍芬（Leo Kouwenhoven）、哥本哈根大學(xué)的查爾斯·M·馬庫斯（Charles M. Marcus），悉尼大學(xué)的戴維·賴(lài)利（David Reilly）和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的馬蒂斯·托爾（MatthiasTroyer）——這些專(zhuān)家都屬于微軟近期成立的、由高級技術(shù)經(jīng)理哈利·山姆（Harry Shum）領(lǐng)導的人工智能研究小組。

查爾斯·M·馬庫斯教授位于哥本哈根大學(xué)的量子計算實(shí)驗室

馬庫斯教授跟微軟合作的開(kāi)端非常偶然。在一次會(huì )議的午餐時(shí)，他恰好坐在微軟StationQ負責人米切爾·弗里德曼身邊，他向弗里德曼表示，量子信息技術(shù)革命不會(huì )到來(lái)，除非科學(xué)家、硬件工程師和軟件工程師能更緊密地相互合作。目前來(lái)說(shuō)，微軟量子計算團隊應該引入更多的長(cháng)期合作者。

于是，弗里德曼接受了這一意見(jiàn)——馬庫斯教授與微軟的長(cháng)期合作就此開(kāi)始。

馬庫斯博士認為，科學(xué)家們近期在控制量子比特材料方面做出重大突破——這種控制技術(shù)采用了半導和超導材料的結合。此外，其他技術(shù)方案也提出，可以將量子計算機冷卻至接近絕對零度。

 微軟與馬庫斯教授的量子設備研究中心共同組成了StationQ

此外，StationQ另一位主要合作方、荷蘭代爾夫特大學(xué)的科文霍芬教授在學(xué)生時(shí)代就致力于量子計算機研究，那時(shí)他甚至還不知道量子計算機是否可行。機緣巧合之下，他參觀(guān)了微軟位于加州圣芭芭拉的研究機構，并與研究實(shí)驗室主任、拓撲數學(xué)家米切爾·弗里德曼進(jìn)行了令人振奮的交流。

隨后，他開(kāi)始了同微軟的合作。多年合作之后，微軟量子計算研究團隊終于認為，建造量子計算樣機的條件已經(jīng)成熟。工程樣機不僅可以驗證理論，還可以為科學(xué)研究提出新的問(wèn)題。

科文霍芬和馬庫斯在2014年微軟加州圣芭芭拉StationQ大會(huì )上的合影

科文霍芬和馬庫斯已經(jīng)在微軟量子計算團隊任職多年，而在他們的實(shí)驗室中，微軟撥款所占的比重日益正價(jià)。在擔任微軟技術(shù)負責人職務(wù)后，他們仍將保留學(xué)術(shù)職位，并在各自的大學(xué)中為微軟的量子計算機項目貢獻力量。

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