“量子局”很热闹

李佳师

一周前，赛灵思公司CEOVictor Peng对《中国电子报》记者表示，量子计算还遥远并且应用场景有限。四周前，英特尔公司美国研究院院长Rich Uhlig在接受《中国电子报》记者采访时认为，量子计算真正产生实用价值至少还需要10年。尽管业界各位大咖都认为量子计算还很遥远，但这都无法阻挡量子争霸的战火的蔓延，12月2日-6日在美国拉斯维加斯举行的AWS re： Invent2019 全球大会上，亚马逊宣布以Braket、AWS量子计算中心、量子解决方案实验室组合拳入局量子计算，加上此前的谷歌、微软、IBM等在量子领域的种种布局与糾葛，量子之战越来越热闹。

先看这次亚马逊带来了什么？亚马逊首先带来的是Bracket，它是一项云服务，通过它科学家、研究人员、开发人员、客户可以自行构建量子算法和基本应用程序，然后在AWS上进行模拟测试。它并非亚马逊“原创自建”，而是来自亚马逊与 D-Wave、IonQ和Rigetti三家量子计算机公司的合作，通过亚马逊云提供服务，这沿袭亚马逊一贯的做派：“不一定要做原创，但是通过AWS云服务你可以通达和获得每一种可能性。”务实、落地、无风险。

在这次大会上亚马逊同时宣布组建了 “AWS量子计算中心”和“量子解决方案实验室”，其中AWS量子计算中心将汇集来自亚马逊、加州理工学院（Caltech）和其他顶级学术研究机构的量子计算专家，共同研发量子计算新技术。而亚马逊量子解决方案实验室项目将客户与来自亚马逊及其APN技术和咨询合作伙伴的量子计算专家联系起来，发展内部的专业知识，鉴别量子计算的实际用途，加速发展量子应用，产生实质的影响。

通过“从提供落地服务到构建核心竞争力再到拓展生态伙伴”这样的三拳组合，亚马逊能够把眼前、未来和生态都牢牢把控。

事实上，亚马逊的“量子局”在4年前就已经开始布阵，只是最近才变得高调。而且亚马逊的“量子局”一揭开面纱就得到了包括波音等合作伙伴们的青睐，波音公司表示期待与AWS合作，而其对于量子计算的期望是希望它能够解决航天领域的诸多挑战，包括基础材料、系统优化、安全通信等方面的研究。

波音的选择契合了英特尔研究院院长Rich Uhlig对《中国电子报》记者所透露的信息：“量子计算应用于人工智能的时间会比较晚，在此之前有一些更亟待解决的实用性问题将早于人工智能利用到量子计算，比如分子建模、量子化学等。”

当云巨头亚马逊入局量子计算时，人们必然把眼光投向微软，因为这也是一家云服务提供商。作为AWS的云竞争对手，微软的量子计算更早于亚马逊“亮剑”。在今年11月6日举行的Ignite 2019上，微软发布了 Azure Quantum量子服务。Azure Quantum是一个全栈的开放式云生态系统，通过与1Qbit、Honeywell等公司的合作，微软提出了各种各样的跨行业量子解决方案。用户可利用Azure中的工具和服务，构建适合自己的量子解决方案。

而微软的量子计算也并非一个月前才起步，在2017年，微软就发布了量子开发套件（Quan-tum Developmem Kit）的首个公开预览版，以及Q#编程语言、量子计算模拟器和其他资源。微软同样是一家既顾及眼前又放眼未来的公司，而且它也是通过合作，以云的方式来提供量子计算的服务。同样是落地，其量子计算机的原型机权利来自Honey-weu、IonQ、QCI。相比亚马逊，微软更具有杀伤力的地方是在开发者和社区。“我们知道，我们不会提出可能的解决方案，我们需要一个全球的社区。”Mi-crosoft Quantum总经理KrystaSvore说。所以微软大力推动量子开发社区，推出量子相关编程语言与工具，希望其量子之火由开发者熊熊点燃。

微软的合作伙伴之一是IonQ，这是一个量子计算机供应商，而该公司的早期客户包括了陶氏化学公司，该公司希望使用量子计算机来解决化学问题。这再一次验证了Rich Uhlig的說法，量子计算将最先解题于“量子化学”。

量子计算的战火无论是由谁烧起，都需要提及IBM。因为从2016年开始，IBM就已经提供了访问其量子硬件的网络渠道，2019年1月8日，IBM在CES上展出了量子计算机IBM Q Sys-tem One，并表示该系统是世界上首个专为科学和商业用途设计的集成通用量子计算系统。在今年3月IBM宣布了量子摩尔定律以及当时业界最高的量子位。但是最近谷歌宣布的“量子霸权”有点惹恼了IBM。

在今年10月23日，谷歌在《自然》（Nature）上发布论文，向外界证明公司团队已经通过实验实现“量子优越性”（Quan-rum Supremacy），也被称作“量子霸权”。论文中，谷歌设计了一个实验问题，用其团队的53量子计算机破解只需要200秒，而用传统计算机则需要一万年对此，IBM发表了公开信，认为谷歌的论文以及“量子霸权”的说法，有很多令人怀疑的地方，谷歌的研究人员选择以可程式化超导体量子位元（programmablesuperconducting qubits）来开发量子随机乱数产生电路。在理想的情况下，传统电脑仅需2.5天便能完成。

谷歌一向善于抢风头，就像人工智能的“代言人”也曾抢了IBM的风头一样。IBM很早就在人工智能商业领域进行耕耘，而且也早在1997年就组局了国际象棋大师和深蓝机器下象棋，在2011年组局了人和Wacson机器辩论大赛，但是让大众认识到人工智能风潮来临的“启蒙运动”，依然是由于谷歌的AlphaGo和李世石下围棋的事件。作为互联网公司，谷歌一向在大众面前有强大的号召力，这次也不例外。

关于谷歌和量子霸权的事Rich Uhlig对《中国电子报》记者表示，谷歌量子霸权的宣布，应该说它是量子计算领域的一个进步。但Rich Uhlig同时也说：“量子计算是否能成为霸权，需要找到一个非常复杂的问题，并证明在解决该复杂问题的过程中，量子计算的效率远远优于传统的计算方式，这样量子霸权才得以成立。从选取题目的角度看，谷歌并没有找到一个现实世界的难题来解，所以在这一点上称其为霸权并不十分合理。因为量子计算真正的目标不是实现量子霸权，而是实现量子实用性。”所以在这场口水战中，英特尔同样没有给谷歌投赞成票。

在全球量子的竞技场上，英特尔同样在赛道上，Rich Uhlig透露，英特尔的量子计算研究是从两个方向来推进的，既包含了超导量子，也包含自旋量子。在早期时候英特尔是使用多管齐下的方式进行研究的，最近英特尔内部已经将研究技术路线更聚焦在硅自旋量子计算上，并在这方面取得了相当良好的进展，无论是从制造量子位，还是从控制技术的角度来看（自旋量子要求低温的控制环境），都取得了非常不错的进展。

但Rich Uhlig同时表示，量子计算真的还在早期，因为“量子计算能解决多少问题，与量子位的数量、规模成比例，，为什么量子计算解决问题的多少与量子位的数量、规模有关？因为量子位非常脆弱，可能在毫秒之间就发生分解，所以需要开发一些技术使得周围的环境对量子位有更大的宽容度，要想让量子位长期存在，需要有很多纠错电路，来确保在功能上物理的量子位能达到逻辑量子位的要求。

关于物理量子位与逻辑量子位之间的关系，英特尔中国研究院院长宋继强对记者表示，一个物理的量子位，就是拿一个晶体管做自旋量子位Spin Qubit。但物理量子位非常脆弱，而且它们纠缠的时间非常短，需要检测它的状态是不是稳定，通常需要在多个物理量子位上面加一层纠错电路，才能形成一个逻辑量子位，这个逻辑量子位才能用来做算法计算，所以用多个物理量子位才能变成在算法层面可用的长效逻辑量子位。

“这意味着需要有几千、上万甚至是百万个物理的量子位以及相关的解密编码等，才有可能让量子计算进入可适用阶段”Rich Uhlig说。现在才54个量子位，所以量子计算是一个马拉松，现在才跑完了第一英里，目前很多选手都在跑，英特尔是其中之一，这就是现状，而现在还远远谈不上竟争格局。

尽管量子计算还在早期，但是科技巨头与美国一点也没有放松对它的投入。2018年12月，美国总统特朋普签署了《国家量子倡议法案》，在成立科技政策办公室（OSTP）的同时，也宣布将在未来五年拨款12亿美元支持量子计算的研发。从美国的国家量子倡议法案到谷歌、IBM、微软、亚马逊、英特尔的积极布局，都在诏示一个道理：量子计算需要尽早规划和投入了。