量子領(lǐng)域軍備競賽升級，谷歌、IBM亮最新武器，“量子霸權”有望被打破？

摘要：相較于量子計算機的研究與發(fā)展，基于超級計算機的量子計算將占據極大優(yōu)勢。

近年來(lái)，由于硬件工藝技術(shù)的發(fā)展出現瓶頸，傳統計算機的計算能力無(wú)法像以前一樣飛速增長(cháng)，而量子計算機的出現恰好彌補了這樣的問(wèn)題。在眾多投入到量子計算機研發(fā)的公司中，Google和IBM是有名的競爭對手。

巧合的是，24日，Google和IBM都向公眾宣布了他們在量子研究的最新進(jìn)展：

Google公布了一款開(kāi)源軟件Open Fermion，據了解，該開(kāi)源軟件是基于現已公開(kāi)的量子計算機平臺來(lái)運行的，其中包含的源代碼可以直接使用，它旨在幫助科學(xué)家和研究人員更方便和快速地進(jìn)行研究。

而與此同時(shí)，IBM則宣布他們在一臺經(jīng)典的超級計算機中成功模擬了56量子比特的量子計算機，且僅用了4.5兆兆字節。值得注意的是，IBM是在傳統計算機上實(shí)現了超越現有量子計算機水平的量子計算，這個(gè)過(guò)程又叫量子模擬。

很明顯這是科技巨頭之間又一次互搏，但是從量子計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)展上來(lái)看，Google是在為量子計算機的發(fā)展鋪路，而IBM公布的研究成果卻更像是一塊“絆腳石”。

那么在當下，量子計算和量子計算機誰(shuí)會(huì )先奪得商用的先機呢？

量子計算VS量子計算機：一字之差，天壤之別

量子即基本單位，光的基本單位是光子、引力波的基本單位是引力子，據科學(xué)家的最新研究進(jìn)展，所有的物質(zhì)都是由基本物質(zhì)單位組成，故而量子這一概念實(shí)現了世界的大一統，基于此研發(fā)的計算機，不言而喻，將是計算機發(fā)展的最終歸宿。

正如上述提到的，Google旨在推動(dòng)量子計算機的布局與發(fā)展，而IBM卻將目光轉移到了量子計算上。

目前，量子計算（又稱(chēng)量子模擬）是遵循量子力學(xué)規律調控量子信息單元進(jìn)行計算的新型計算模式，對照于傳統的通用計算機，其理論模型是通用圖靈機。

而量子計算機，其理論模型是用量子力學(xué)規律重新詮釋的通用圖靈機。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，目前，量子模擬是基于傳統計算機上的新型計算模式，是一種軟件開(kāi)發(fā)；而量子計算機卻是一種具有全新架構的計算機，是完完全全的硬件架構。

國外爭相布局商用，國內專(zhuān)注學(xué)術(shù)研究

據悉，在量子領(lǐng)域有著(zhù)持續的研究和發(fā)展的巨頭公司主要是IBM、Google、Intel和微軟；國內的話(huà)，中科院和阿里巴巴旗下的量子計算機實(shí)驗室都一直關(guān)注量子領(lǐng)域的研究。

而早在2015年，國際巨頭公司之間就已經(jīng)開(kāi)始了這場(chǎng)激烈的量子計算商用化競賽，但是Intel專(zhuān)注硅量子點(diǎn)技術(shù)，微軟則選擇拓撲量子計算，兩者都比較冷門(mén)，主要的競爭就只在Google和IBM之間。

值得一提的是，由馬里蘭大學(xué)物理學(xué)家 Chris Monroe，杜克大學(xué)電氣工程師 Jungsang Kim以及原本供職于美國情報部門(mén) IARPA（“高級研究計劃署”）的 David Moehring一致認為：量子計算的黃金時(shí)代即將到來(lái)。為此，他們聯(lián)合創(chuàng )辦了量子計算機的初創(chuàng )企業(yè)ionQ ，這也是該領(lǐng)域首家初創(chuàng )公司。

而在國內，是在今年的5月3日，中科院宣布了關(guān)于量子計算機的最新進(jìn)展，他們建造了世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機，自主研發(fā)10比特超導量子線(xiàn)路樣品，通過(guò)發(fā)展全局糾纏操作，成功實(shí)現了目前世界上最大數目的超導量子比特的糾纏和完整的測量。

綜合來(lái)看，國內外形勢火熱，棋局已部，但參與者還是很少。而且對于量子計算機商用化有著(zhù)極大的熱情仍然是幾大國際科技巨頭，國內尚處于觀(guān)望狀態(tài)。

IBM與Google之爭中，“量子霸權”正在被打破

在今年4月23號，Google表明，要在年底打造出世界上第一臺可以超越傳統計算機的量子計算機，實(shí)現對49個(gè)量子比特的操控，以拿下“量子霸權”。而10月24日，IBM在超級計算機上模擬出了56個(gè)量子比特的量子計算水平，這無(wú)疑是對Google的一次有力的回應。

此處，“量子霸權”是美國加州理工學(xué)院物理學(xué)家約翰·普瑞斯基爾發(fā)明的詞，它用來(lái)表達物理學(xué)家為量子計算機設定的一個(gè)初步的標準：目前頂級的超級計算機能夠完成5到20個(gè)量子比特的量子計算機所做的事情，但超過(guò)49個(gè)左右量子比特后，量子計算機的能力將讓超級計算機（傳統計算機）望塵莫及。

換言之，經(jīng)物理學(xué)家和數學(xué)家的分析研究，只有當量子計算機達到49個(gè)量子比特，跨越了這一分水嶺，才能被稱(chēng)之為真正的“量子計算機”。

所以說(shuō)現在所出現的量子計算機，其實(shí)還只是很初級的階段，并沒(méi)有達到傳統超級計算機的水平，但是達到量子霸權的水平之后，量子計算機就有可能成為傳統計算機的替代者了。

而IBM最新獲得的研究成果打破了“量子霸權”，在傳統計算機上實(shí)現了56個(gè)量子比特的量子計算，這也就意味著(zhù)，只要現有的計算機硬件可以達到超級計算機的性能，那么傳統計算機就可以模擬出遠超現有量子計算機硬件架構所能達到的性能，即量子計算不再是量子設備的專(zhuān)利，在傳統計算機上一樣可以實(shí)現高速的量子計算。

對于此項研究成果，南加州大學(xué)Itay Hen評論道：“IBM的這項研究成果打破了量子計算機49個(gè)量子比特的極限，這對擁有量子設備的人來(lái)說(shuō)，他們失去了絕對的量子優(yōu)勢。”

IBM用此舉告訴我們，現有的量子計算機還不是真正意義上的量子計算機，而量子模擬率先發(fā)展到了很高的水平。

所以可以大膽猜測，伴隨著(zhù)新材料和更高一步的計算機硬件水平，量子模擬將會(huì )首先實(shí)現商用。

大數據處理需求將推動(dòng)量子計算商用

伴隨著(zhù)我們對大數據處理需求愈來(lái)愈強烈，采用量子的計算方式將會(huì )讓大量數據處理過(guò)程更加高效。IBM在此方面有著(zhù)遠見(jiàn)卓識，2016年，IBM就向公眾開(kāi)放了一款基于云的量子計算平臺——“Quantum Experience”，用戶(hù)登錄后能使用一臺5量子比特的量子計算機進(jìn)行算法或實(shí)驗模擬；2017年3月，該公司又宣布計劃建立業(yè)界首個(gè)商用通用量子計算平臺IBM Q。

現如今，在現有計算機上架構量子計算軟件平臺，以用于云端數據處理，亦不失為一條好的商用之路。

從量子計算機的長(cháng)遠發(fā)展來(lái)看，現有的量子計算相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)和量子計算機的硬件研發(fā)成果都是計算機發(fā)展之路必經(jīng)的過(guò)程，在不同的發(fā)展階段，技術(shù)需要及時(shí)的落地以帶來(lái)效益，而量子模擬的商用之路確實(shí)已經(jīng)近在眼前。

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