英特爾量子硬體總監 Jim Clark 和該公司的一款量子處理器。照片;英特爾
- 量子電腦是一項非常令人興奮的技術，它有望創造強大的運算能力來解決以前棘手的問題。
- 專家表示，IBM 在量子運算領域處於領先地位，這就是Google、英特爾、微軟和許多新創公司受到其影響的原因。
- 投資者被量子計算新創公司所吸引，包括 IonQ、ColdQuanta、D-Wave Systems 和 Rigetti，這些公司可能會擾亂市場。
- 然而，有一個問題：現代量子電腦通常不如當今的超級電腦強大或可靠，而且它們還需要特殊的條件來啟動和啟動。
一月份，IBM 宣布推出世界上第一台商用量子電腦 IBM Q System One，引起了轟動。該設備安裝在一個體積為 9 立方英尺的時尚玻璃櫃中。
對於目前仍位於研究實驗室的量子電腦來說，這是一個重要的里程碑。 IBM 表示，買家已經開始尋求掌握這項技術，在化學、材料科學、食品製造、航空航太、藥物開發、股票市場預測甚至氣候變遷等多個領域都顯示出前景。
IBM Q 系統一。照片：IBM
令人興奮的原因是量子電腦具有看似神奇的特性，使其能夠比傳統系統處理指數級更多的資訊。量子電腦不僅僅是一台非常快速的電腦；更準確地說，它是一種完全不同的計算範式，需要徹底的重新思考。
技術競賽的獲勝者將是利用該技術提供的機會的公司。 IBM、微軟、谷歌等科技巨頭以及新創公司都在押注這項技術。
Business Insider 向 IBM Q 策略和生態系統副總裁 Bob Sutor 詢問如何讓人們可以存取這些系統：人們將如何存取它們？許多人如何學習使用量子電腦來執行他們的任務？
短期內在辦公室看到量子電腦的可能性很小。我們採訪的專家認為，儘管 IBM 已經可以使用量子運算，但量子運算真正成為主流還需要五到十年的時間。 IBM Q System One 目前僅作為雲端運算服務提供給部分客戶。人們還需要一段時間才能購買這樣的東西並將其用於自己的目的。
事實上，專家表示，量子電腦顯示出巨大的前景，但距離大規模生產還很遠。它們極其脆弱，需要特殊的條件才能運作。此外，今天的量子電腦並不像我們現有的電腦那麼可靠或強大。
英特爾量子硬體總監吉姆·克拉克 (Jim Clark) 告訴《商業內幕》：“我們相信，大約十年後，量子計算機將改變你或我的生活。” ——事實上，我們現在才剛進入馬拉鬆的第一英里。這並不意味著我們不擔心它。”
什麼是量子計算機？
比爾蓋茲曾經說過，量子背後的數學超出了他的理解範圍，但並非所有人都同意。
IonQ 執行長兼聯合創始人 Chris Monroe 告訴《商業內幕》：“認為量子物理學是物理學，而且它太複雜，這有點誤解。” “讓很多人難以理解的是它難以理解，但它對我來說和對你一樣難以理解。”如果某物可以處於疊加狀態，則表示它可以同時處於兩種狀態。這很奇怪，因為我們在現實世界中沒有經歷過這種情況。”
我們使用的計算機將資料顯示為一串 1 或 0，稱為二進位代碼。然而，量子電腦可以將數據表示為 1、0，或者最重要的是同時表示這兩個數字。
當一個系統可以同時處於多種狀態時，它被稱為“疊加”，這是量子計算看似神奇的特性之一。這裡的另一個關鍵原理是“糾纏”，這是一種量子特性，允許兩個粒子完美同步地移動，無論它們在物理上相距多遠。
正如所解釋的 在《科學美國人》中，這兩種品質相結合，創造出了一台能夠同時處理比當今市場上任何系統更多的數據的電腦。
量子電腦的能力以量子位元來衡量，量子位元是量子電腦的基本測量單位。正如現代電腦擁有 32 位元或 64 位元處理器（衡量它們一次可以處理多少數據的指標）一樣，具有更多量子位元的量子電腦具有明顯更強的處理能力。
量子計算機內部。照片：IBM
天空才是極限
這一切都意味著量子電腦可以解決以前受運算能力限制的問題。
例如，量子電腦可以粗略地解決著名的旅行商問題，這是一個複雜的計算問題，需要在回家之前找到多個城市之間的最短路線。這聽起來很簡單，但如果從數學角度來看，當您在路線中添加更多城市時，找到單一最佳路徑就會變得更加困難。
同樣，量子電腦可以解決最棘手、最耗時的問題，篩選大量金融、製藥或氣候數據以找到最佳解決方案。事實上，量子新創公司 D-Wave 已經與大眾汽車合作，分析駕駛模式並篩選大量噪音，以找出問題的根源。
討論了它在密碼學領域的有用性。量子電腦能夠掌握一種不同於已知密碼的加密方法，這使得它甚至可以輕鬆破解國家機密。全球各國政府對這項有用的功能表現出極大的興趣，而活動人士則擔心量子運算的出現可能會破壞隱私。
物理問題
Gartner 研發副總裁 Matthew Briss 表示：“由於量子計算仍處於早期階段，因此有許多資訊尚未得到證實。” 「但買家已經在尋找應用程式來確定量子運算對其業務的競爭優勢，」他說。
儘管大肆宣傳，但專家們認為，量子電腦遠沒有像 1950 世紀 XNUMX 年代的 PC 那樣處於領先地位。當然，它們的勢頭正在增強，但速度很慢。
「量子運算可以比作一列緩慢行駛的火車，」Forrester 副總裁兼首席分析師 Brian Hopkins 告訴《商業內幕》。 “如果他每秒移動一英寸，那麼一個月後他就會每秒移動兩英寸。”很快他就會開始走得更快。”
現在的大問題是量子電腦無法完成經典電腦無法完成的任何事情。業界期待著一個被稱為量子霸權的時刻，屆時量子電腦將超越當前的限制。
「當客戶來找我們時，他們告訴我們的主要事情是，他們不在乎是什麼型號，只要對他們的業務有用即可，」分析師布里斯說。 — 沒有任何模型可以超越經典演算法。我們確實需要等到量子電腦硬體開始改進。”
IBM 研究員 Katie Pooley 檢查幫助量子電腦保持低溫的低溫恆溫器。照片：Andy Aaron，IBM
最大的問題仍然是缺乏計算能力。假設量子霸權需要一台具有 50 個量子位元能力的電腦。儘管這一里程碑是在實驗室中實現的，但它不是永久性的，也不能持續。事實上，量子位可能會出現錯誤且不穩定，這會導致其生成出現問題並降低其潛力。
另一個重要因素是更多的材料。量子電腦必須與環境完全隔離才能運行，並且需要非常低的溫度。即使是最小的振動也會導致量子位元崩潰，使它們脫離疊加態，就像孩子敲桌子導致旋轉的硬幣掉到桌子上一樣。
以前的量子電腦（例如 IBM Q System One）體積非常龐大，以至於必要的隔離和冷卻條件成為一個真正的挑戰。超導電纜和低溫冰箱等必要部件的短缺加劇了這個問題。他們嚴重短缺。
最終，這意味著儘管知識在進步、技術在進步，但量子計算仍不具備實際可行性。
「我的工作小組面臨的挑戰之一是操縱材料、矽、金屬，以便我們能夠創建一個非常均勻的環境，」英特爾的克拉克說。 - 這基本上是最好的半導體技術。我們大規模創建量子計算所需的技術還不存在。”
另一個問題是量子電腦具有不可否認的潛力，可以提供不可預見的運算能力。然而，這個世界上真正有程式設計或操作這些系統經驗的人並不多，而潛在的買家則著迷於試圖弄清楚如何實際使用它。
偉大的量子競賽
分析師表示，由於 IBM Q System One 的商業可用性有限，IBM 目前在量子運算競賽中處於領先地位。由於它是透過雲端存取的，IBM 可以維持這些特殊條件，以保持這台量子電腦正常運行，同時仍允許特定客戶使用它。
「我認為 [IBM 的量子電腦] 正在搖擺，」分析師布里斯說。 “我認為量子計算作為一種服務模式是正確的模式。”通過將其放入容器中並進行專門處理，他們確實在努力提高其品質。”
IBM 的 Sarah Sheldon 和 Pat Gumann 正在研究一種冷卻量子電腦的溶解冰箱。照片：IBM
同時，分析師指出，這個市場的任何參與者都可以隨時取得突破，從而取得領先，這仍然是必要的競爭。
不同的 IT 巨頭以不同的方式處理這個問題。英特爾、IBM、Google和量子計算新創公司 Rigetti 正在建立基於超導電路的系統，並由最先進的超級電腦提供支援。
正在採取一種完全不同且可能風險更大的方法來嘗試創建更好的量子位元。微軟正在嘗試創建碎片電子的拓撲量子位，以同時在多個位置儲存訊息，使其更加穩定且不易被破壞。分析師霍普金斯表示，它的功能不如競爭對手試圖建構的強大，但結果將是整個量子運算領域向前邁出的一大步。
「他們正在進行一場賭博，許多人認為他們永遠不會成功，」霍普金斯說。
在更具冒險精神的方面，IonQ 和 D-Wave 等新創公司正在押注於離子捕獲和量子退火等尖端技術。簡而言之，他們正在嘗試使用全新的方法，以不同的方式從每個量子位元中獲得更高的性能和穩定性。
D-Wave 處理器和量子產品設計與開發副總裁 Mark Johnson 告訴《商業內幕》：“這使我們能夠構建一台能夠解決複雜問題的量子計算機，並在此過程中不斷取得進展。”
一位 IBM 量子科學家走過位於紐約約克敦高地 Thomas J. Watson 研究中心的 IBM Q 運算中心。照片：Connie Zhou for IBM
量子新創公司
量子計算的激增引發了投資者對相關新創公司的興趣。 IBM 的 Robert Sutor 估計全球約有 100 家量子軟體、硬體甚至諮詢新創公司。與龐大的創業市場相比，這個規模很小，但比以前大得多。
「我從一開始就在這個領域待了很長時間，」IonQ 的 Monroe 說。 — 很長一段時間都處於起步階段，直到5-8年前才引起關注並吸引巨額投資。很明顯，時機已經到來。”
Chris Monroe，量子計算新創公司 IonQ 的執行長兼聯合創始人。照片：IonQ
有些人，像裡蓋蒂，已經準備好用自己的量子晶片和複雜的量子運算系統與科技巨頭正面交鋒。
「這是我們業務的核心，」Rigetti 產品副總裁 Betsy Masiello 告訴《商業內幕》。 — 量子領域有許多公司正在致力於量子運算領域的軟體應用。我們生產微晶片並構建計算系統。”
Maverick Ventures 董事總經理 Matthew Kinsella 表示，他看好量子運算領域。他的公司甚至投資了 ColdQuanta，一家生產量子系統設備的公司。他預計量子電腦將在五到十年內超越當今的系統。 Maverick Ventures 押注於長期。
「我真的相信量子運算，儘管量子電腦可能需要比預期更長的時間才能比傳統電腦更好地解決日常問題。未來幾年我們可能會看到量子電腦在解決小規模問題方面的好處，」金塞拉說。
D-Wave 的 2000Q 系統實驗室。照片：D-Wave
與我們採訪的分析師一樣，金塞拉預計會出現所謂的「量子冬天」。專家警告稱，圍繞量子電腦的炒作可能存在，但人們的希望卻越來越大。這些機器尚不完美，投資者還需要數年時間才能看到結果。
透視
即使超越了量子霸權，專家向我們保證，傳統電腦和超級電腦仍然有一席之地。在那之前，在我們討論之前，仍然需要解決成本、尺寸、可靠性和處理能力問題。
「我們需要喘口氣，」分析師布里斯說。 “這個領域正在發生很多令人興奮的事情，需要時間。”它是物理學、電腦科學、科學分析的綜合體。如果我們知道所有答案，我們就不必研究這個問題，但前面還有很多研究工作要做。”
裡蓋蒂量子計算機。照片：裡蓋蒂
然而，對許多人來說，很明顯這就是未來。就像第一台大型電腦的製造商沒有意識到這最終會導致更多掌上型智慧型手機的出現。量子電腦可能是邁向全新道路的第一步。
很少有人像微軟公司治理副總裁 Todd Holmdahl 那樣樂觀地認為它可能比當今的人工智慧和機器學習更重要。他曾經告訴他的孩子們，他們應該做自己感興趣的事情，他們總是能找到人工智慧領域的工作。現在他也會對量子計算說同樣的話。
“這是一個將會發展的領域。我們需要人們來填補它並防止它枯萎，」霍姆達爾說。 “它在我們這一代中發揮著重要作用，讓我們有機會在未來創造令人驚嘆的事物。”
來源： www.habr.com