英特尔量子硬件总监 Jim Clark 和该公司的一款量子处理器。 照片; 英特尔
- 量子计算机是一项非常令人兴奋的技术，它有望创造强大的计算能力来解决以前棘手的问题。
- 专家表示，IBM 在量子计算领域处于领先地位，这就是谷歌、英特尔、微软和众多初创公司受到其影响的原因。
- 投资者被量子计算初创公司所吸引，包括 IonQ、ColdQuanta、D-Wave Systems 和 Rigetti，这些公司可能会扰乱市场。
- 然而，有一个问题：现代量子计算机通常不如当今的超级计算机强大或可靠，而且它们还需要特殊的条件来启动和引导。
一月份，IBM 宣布推出世界上第一台商用量子计算机 IBM Q System One，引起了轰动。 该设备安装在一个体积为 9 立方英尺的时尚玻璃柜中。
对于目前仍位于研究实验室的量子计算机来说，这是一个重要的里程碑。 IBM 表示，买家已经开始寻求掌握这项技术，该技术在化学、材料科学、食品制造、航空航天、药物开发、股票市场预测甚至气候变化等多个领域都显示出前景。
IBM Q 系统一。 照片：IBM
令人兴奋的原因是量子计算机具有看似神奇的特性，使其能够比传统系统处理指数级更多的信息。 量子计算机不仅仅是一台非常快的计算机；更准确地说，它是一种完全不同的计算范式，需要彻底的重新思考。
技术竞赛的获胜者将是利用该技术提供的机会的公司。 IBM、微软、谷歌等科技巨头以及初创公司都在押注这项技术。
Business Insider 向 IBM Q 战略和生态系统副总裁 Bob Sutor 询问了如何让人们可以访问这些系统：人们将如何访问它们？ 许多人如何学习使用量子计算机来执行他们的任务？
短期内在办公室看到量子计算机的可能性很小。 我们采访的专家认为，尽管 IBM 已经可以使用量子计算，但量子计算真正成为主流还需要五到十年的时间。 IBM Q System One 目前仅作为云计算服务提供给部分客户。 人们还需要一段时间才能购买这样的东西并将其用于自己的目的。
事实上，专家表示，量子计算机显示出巨大的前景，但距离大规模生产还很远。 它们极其脆弱，需要特殊的条件才能工作。 此外，今天的量子计算机并不像我们现有的计算机那么可靠或强大。
英特尔量子硬件总监吉姆·克拉克 (Jim Clark) 告诉《商业内幕》：“我们相信，大约十年后，量子计算机将改变你或我的生活。” ——事实上，我们现在才刚刚进入马拉松的第一英里。 这并不意味着我们不担心它。”
什么是量子计算机？
比尔·盖茨曾经说过，量子背后的数学超出了他的理解范围，但并非所有人都同意。
IonQ 首席执行官兼联合创始人 Chris Monroe 告诉《商业内幕》：“认为量子物理学就是物理学，而且它太复杂，这有点误解。” “让很多人难以理解的是它难以理解，但它对我来说和对你一样难以理解。” 如果某物可以处于叠加状态，则意味着它可以同时处于两种状态。 这很奇怪，因为我们在现实世界中没有经历过这种情况。”
我们使用的计算机将数据显示为一串 1 或 0，称为二进制代码。 然而，量子计算机可以将数据表示为 1、0，或者最重要的是同时表示这两个数字。
当一个系统可以同时处于多种状态时，它被称为“叠加”，这是量子计算看似神奇的特性之一。 这里的另一个关键原理是“纠缠”，这是一种量子特性，允许两个粒子完美同步地移动，无论它们在物理上相距多远。
正如所解释的 在《科学美国人》中，这两种品质相结合，创造出了一台能够同时处理比当今市场上任何系统更多的数据的计算机。
量子计算机的能力以量子位来衡量，量子位是量子计算机的基本测量单位。 正如现代计算机拥有 32 位或 64 位处理器（衡量它们一次可以处理多少数据的指标）一样，具有更多量子位的量子计算机具有明显更强的处理能力。
量子计算机内部。 照片：IBM
天空才是极限
这一切都意味着量子计算机可以解决以前受计算能力限制的问题。
例如，量子计算机可以粗略地解决著名的旅行商问题，这是一个复杂的计算问题，需要在回家之前找到多个城市之间的最短路线。 这听起来很简单，但如果从数学角度来看，当您在路线中添加更多城市时，找到单一最佳路径就会变得更加困难。
同样，量子计算机可以解决最棘手、最耗时的问题，筛选大量金融、制药或气候数据以找到最佳解决方案。 事实上，量子初创公司 D-Wave 已经与大众汽车合作，分析驾驶模式并筛选大量噪音，以找出问题的根源。
讨论了它在密码学领域的有用性。 量子计算机能够掌握一种不同于已知密码的加密方法，这使得它甚至可以轻松破译国家机密。 全球各国政府对这一有用的功能表现出极大的兴趣，而活动人士则担心量子计算的出现可能会破坏隐私。
物理问题
Gartner 研发副总裁 Matthew Briss 表示：“由于量子计算仍处于早期阶段，有很多信息尚未得到证实。” “但买家已经在寻找应用程序来确定量子计算对其业务的竞争优势，”他说。
尽管大肆宣传，但专家们认为，量子计算机远没有像 1950 世纪 XNUMX 年代的 PC 那样处于领先地位。 当然，它们的势头正在增强，但速度很慢。
“量子计算可以比作一列缓慢行驶的火车，”Forrester 副总裁兼首席分析师布莱恩·霍普金斯 (Brian Hopkins) 告诉《商业内幕》。 “如果他每秒移动一英寸，那么一个月后他就会每秒移动两英寸。” 很快他就会开始走得更快。”
现在的大问题是量子计算机无法完成经典计算机无法完成的任何事情。 业界期待着一个被称为量子霸权的时刻，届时量子计算机将超越当前的限制。
“当客户来找我们时，他们告诉我们的主要事情是，他们不在乎是什么型号，只要对他们的业务有用即可，”分析师布里斯说。 — 没有任何模型可以超越经典算法。 我们确实需要等到量子计算机硬件开始改进。”
IBM 研究员 Katie Pooley 检查帮助量子计算机保持低温的低温恒温器。 照片：Andy Aaron，IBM
最大的问题仍然是缺乏计算能力。 假设量子霸权需要一台具有 50 个量子比特能力的计算机。 尽管这一里程碑是在实验室中实现的，但它不是永久性的，也不能持续。 事实上，量子位可能会出现错误并且不稳定，这会导致其生成出现问题并降低其潜力。
另一个重要因素是更多的材料。 量子计算机必须与环境完全隔离才能运行，并且需要非常低的温度。 即使是最小的振动也会导致量子位崩溃，使它们脱离叠加态，就像孩子敲桌子导致旋转的硬币掉到桌子上一样。
以前的量子计算机（例如 IBM Q System One）体积非常庞大，以至于必要的隔离和冷却条件成为一个真正的挑战。 超导电缆和低温冰箱等必要部件的短缺加剧了这一问题。 他们严重短缺。
最终，这意味着尽管知识在进步、技术在进步，但量子计算仍然不具备实际可行性。
“我的工作组面临的挑战之一是操纵材料、硅、金属，以便我们能够创建一个非常均匀的环境，”英特尔的克拉克说。 - 这基本上是最好的半导体技术。 我们大规模创建量子计算所需的技术还不存在。”
另一个问题是量子计算机具有不可否认的潜力，可以提供不可预见的计算能力。 然而，这个世界上真正有编程或操作这些系统经验的人并不多，而潜在的买家则着迷于试图弄清楚如何实际使用它。
伟大的量子竞赛
分析师表示，由于 IBM Q System One 的商业可用性有限，IBM 目前在量子计算竞赛中处于领先地位。 由于它是通过云访问的，IBM 可以维持这些特殊条件，以保持这台量子计算机正常运行，同时仍然允许特定客户使用它。
“我认为 [IBM 的量子计算机] 正在摇摆，”分析师布里斯说。 “我认为量子计算作为一种服务模式是正确的模式。” 通过将其放入容器中并进行专门处理，他们确实在努力提高其质量。”
IBM 的 Sarah Sheldon 和 Pat Gumann 正在研究一种冷却量子计算机的溶解冰箱。 照片：IBM
同时，分析人士指出，这个市场的任何参与者都可以随时取得突破，从而取得领先，这仍然是必要的竞争。
不同的 IT 巨头以不同的方式处理这个问题。 英特尔、IBM、谷歌和量子计算初创公司 Rigetti 正在构建基于超导电路的系统，并由最先进的超级计算机提供支持。
正在采取一种完全不同且可能风险更大的方法来尝试创建更好的量子位。 微软正在尝试创建碎片电子的拓扑量子位，以同时在多个位置存储信息，使其更加稳定且不易被破坏。 分析师霍普金斯表示，它的功能不如竞争对手试图构建的强大，但其结果将是整个量子计算领域向前迈出的一大步。
“他们正在进行一场赌博，许多人认为他们永远不会成功，”霍普金斯说。
在更具冒险精神的方面，IonQ 和 D-Wave 等初创公司正在押注于离子捕获和量子退火等尖端技术。 简而言之，他们正在尝试使用全新的方法，以不同的方式从每个量子位中获得更高的性能和稳定性。
D-Wave 处理器和量子产品设计与开发副总裁 Mark Johnson 告诉《商业内幕》：“这使我们能够构建一台能够解决复杂问题的量子计算机，并在此过程中不断取得进展。”
一位 IBM 量子科学家走过位于纽约约克敦高地 Thomas J. Watson 研究中心的 IBM Q 计算中心。 照片：Connie Zhou for IBM
量子初创公司
量子计算的激增引发了投资者对相关初创公司的兴趣。 IBM 的 Robert Sutor 估计全球大约有 100 家量子软件、硬件甚至咨询初创公司。 与庞大的创业市场相比，这个规模很小，但比以前大得多。
“我从一开始就在这个领域呆了很长时间，”IonQ 的 Monroe 说。 — 很长一段时间都处于起步阶段，直到5-8年前才引起关注并吸引巨额投资。 很明显，时机已经到来。”
Chris Monroe，量子计算初创公司 IonQ 的首席执行官兼联合创始人。 照片：IonQ
一些人，比如里盖蒂，已经准备好用自己的量子芯片和复杂的量子计算系统与科技巨头正面交锋。
“这是我们业务的核心，”Rigetti 产品副总裁 Betsy Masiello 告诉《商业内幕》。 — 量子领域有很多公司正在致力于量子计算领域的软件应用。 我们生产微芯片并构建计算系统。”
Maverick Ventures 董事总经理 Matthew Kinsella 表示，他看好量子计算领域。 他的公司甚至投资了 ColdQuanta，一家生产量子系统设备的公司。 他预计量子计算机将在五到十年内超越当今的系统。 Maverick Ventures 押注于长期。
“我真的相信量子计算，尽管量子计算机可能需要比预期更长的时间才能比传统计算机更好地解决日常问题。 未来几年我们可能会看到量子计算机在解决小规模问题方面的好处，”金塞拉说。
D-Wave 的 2000Q 系统实验室。 照片：D-Wave
与我们采访的分析师一样，金塞拉预计会出现所谓的“量子冬天”。 专家警告称，围绕量子计算机的炒作可能存在，但人们的希望却越来越大。 这些机器尚不完美，投资者还需要数年时间才能看到结果。
透视
即使超越了量子霸权，专家们向我们保证，传统计算机和超级计算机仍然有一席之地。 在那之前，在我们讨论之前，仍然需要解决成本、尺寸、可靠性和处理能力问题。
“我们需要喘口气，”分析师布里斯说。 “这个领域正在发生很多令人兴奋的事情，需要时间。” 它是物理学、计算机科学以及科学分析的综合体。 如果我们知道所有答案，我们就不必研究这个问题，但前面还有很多研究工作要做。”
里盖蒂量子计算机。 照片：里盖蒂
然而，对于许多人来说，很明显这就是未来。 就像第一台大型计算机的制造商没有意识到这最终会导致更多掌上型智能手机的出现。 量子计算机可能是迈向全新道路的第一步。
很少有人像微软公司治理副总裁 Todd Holmdahl 那样乐观地认为它可能比当今的人工智能和机器学习更重要。 他曾经告诉他的孩子们，他们应该做自己感兴趣的事情，并且他们总能找到人工智能领域的工作。 现在他也会对量子计算说同样的话。
“这是一个将会发展的领域。 我们需要人们来填补它并防止它枯萎，”霍尔姆达尔说。 “它在我们这一代人中发挥着重要作用，让我们有机会在未来创造令人惊叹的事物。”
来源： habr.com