谷歌、IBM、英特爾、微軟等科技巨頭不斷高調(diào)大秀量子計(jì)算“技術(shù)肌肉”的行為,讓全球?qū)α孔佑?jì)算的追逐更加白熱化,這其中,中國(guó)相關(guān)企業(yè)、機(jī)構(gòu)“搶灘”量子計(jì)算的身影沖在前面。
3月29日,微軟研究人員宣布其量子計(jì)算取得重大突破,他們發(fā)現(xiàn)天使粒子——馬約拉納費(fèi)米子存在的有力證據(jù):在特殊制備的導(dǎo)線中,將電子分為兩半。如果微軟希望建造一臺(tái)能工作的量子計(jì)算機(jī),這將是至關(guān)重要的。日前,谷歌推出72個(gè)量子比特的通用量子計(jì)算機(jī)Bristlecone時(shí),宣稱已擁有“量子霸權(quán)”;同日,百度宣布在五年時(shí)間里組建世界一流的量子計(jì)算研究所,并將把量子計(jì)算逐漸融入到業(yè)務(wù)中,自此,阿里巴巴、騰訊、百度全部入局量子計(jì)算。
圍繞量子計(jì)算 科技巨頭將有“十年競(jìng)賽”
曾經(jīng),量子物理學(xué)和人工智能(主要指神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù))這兩門學(xué)科被看作“油和水一樣無(wú)法結(jié)合”。如今,人工智能已被學(xué)術(shù)界和科技巨頭視為量子計(jì)算的重要著力點(diǎn)。
量子計(jì)算有很多引人瘋狂之處,簡(jiǎn)單說,它將使人類的計(jì)算能力、處理大數(shù)據(jù)的能力,得以成千上萬(wàn)乃至破億次的提升。
這是什么概念?業(yè)界常用一個(gè)例子回答這個(gè)問題:“用當(dāng)前最大、最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)破解一個(gè)常用的RSA密碼系統(tǒng),需要60萬(wàn)年,但用一個(gè)有相當(dāng)儲(chǔ)存能力的量子計(jì)算機(jī),只需不到3個(gè)小時(shí)。”
微軟亞洲研究院資深研究員陳衛(wèi)說:“最快的計(jì)算機(jī)要算百萬(wàn)年、千萬(wàn)年的東西,可能量子計(jì)算機(jī)幾秒鐘、幾分鐘就能算完。”這讓傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在量子計(jì)算機(jī)面前弱到就像個(gè)算盤,也是追逐計(jì)算力提升至瘋魔的科技巨頭迷戀量子計(jì)算的原因之一。
雖然路徑不同,但科技巨頭都在努力開發(fā)擁有足夠高精確度的有效量子位(量子計(jì)算的構(gòu)建塊),以便真正可行的量子計(jì)算機(jī)能夠面世。
英特爾正在研究多種量子位類型,其中包括在很多方面都與傳統(tǒng)晶體管非常接近的自旋量子位,這使量子計(jì)算機(jī)有可能通過傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相近的制程來制造。英特爾公司副總裁兼英特爾研究院院長(zhǎng)邁克爾·梅伯里說:“我們的量子研究已發(fā)展到基于領(lǐng)先的制程工藝。”
微軟投入量子計(jì)算研究已超過12年,雖然他們很少透露研究進(jìn)展,但拓?fù)淞孔游坏难芯渴潜容^明確的信息。微軟研究人員認(rèn)為,與其他量子系統(tǒng)相比,拓?fù)淞孔佑?jì)算系統(tǒng)能用更少的量子位執(zhí)行比常規(guī)計(jì)算機(jī)大幾個(gè)數(shù)量級(jí)的運(yùn)算。并且,拓?fù)淞孔游坏募m錯(cuò)過程直接建立在量子位的物理機(jī)制中,這使得規(guī)模擴(kuò)展和提供可靠結(jié)果變得更加容易。
從去年11月IBM發(fā)布50量子比特的量子計(jì)算云平臺(tái),到現(xiàn)在谷歌又將能力提升到72量子比特,電子計(jì)算機(jī)飛躍到量子計(jì)算機(jī)似乎已指日可待。
但是,與當(dāng)前流行的“五年預(yù)測(cè)”不同,邁克爾·梅伯里表示,我們還處于“玩具系統(tǒng)”時(shí)代。在真正可行的技術(shù)出現(xiàn)之前,大型科技公司之間將有一場(chǎng)“十年的競(jìng)賽”。
當(dāng)前最大挑戰(zhàn) 如何讓量子位統(tǒng)一、穩(wěn)定
盡管取得了很多實(shí)驗(yàn)性的成果與推論,但大家都心知肚明,構(gòu)建能夠保證精準(zhǔn)輸出的、可行的、大規(guī)模的量子系統(tǒng)仍然存在很多挑戰(zhàn),若要量子計(jì)算真正發(fā)揮巨大潛力,還要克服許多基礎(chǔ)性的難題。
雖然量子計(jì)算未來或能攻克傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的無(wú)解難題,但如何讓量子位統(tǒng)一和穩(wěn)定是當(dāng)前最大的挑戰(zhàn)。
量子位“脆弱而挑剔”,任何噪聲、甚至無(wú)意的觀測(cè)都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失,它們需要在非常低的溫度下儲(chǔ)存,否則可能會(huì)受到干擾和破壞。
溫度有多低?比外太空還要冷250倍。即使微軟的拓?fù)淞孔游活A(yù)計(jì)比一般的量子位更強(qiáng)健,它也同樣脆弱,脫離不了極度寒冷的保護(hù)。
邁克爾·梅伯里說:“盡管傳統(tǒng)計(jì)算用盡洪荒之力幾十年才能解決的數(shù)據(jù)問題,量子計(jì)算可能只需要1秒就能搞定,但是,創(chuàng)建一個(gè)控制得很好的環(huán)境是前提。”
今年CES展期間,英特爾向它的研發(fā)伙伴QuTech交付的49量子比特量子計(jì)算測(cè)試芯片,只有5厘米左右大小,但為了讓量子位保持極低溫度的儀器卻相當(dāng)龐大,整個(gè)場(chǎng)景看上去就像科幻電影中膠囊正在孵化機(jī)器人。
盡管微軟量子團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人托德·霍姆達(dá)爾說:“我們有機(jī)會(huì)解決一系列以前無(wú)法解決的問題。”但除了讓量子位在更長(zhǎng)的時(shí)間里保持量子態(tài)以外,這種極端的操作環(huán)境下,如何設(shè)計(jì)可工作的電子控制系統(tǒng),如何解決量子位封裝?在這些問題被解決之前,量子計(jì)算機(jī)走向應(yīng)用市場(chǎng)非常困難。
與此同時(shí),大多數(shù)構(gòu)建量子位的方法都需要大量糾錯(cuò),或確保信息可靠傳輸,微軟的“有效操縱”研究因?yàn)橹敝噶孔佑?jì)算的這個(gè)瓶頸,與谷歌剛剛宣布的72個(gè)量子比特計(jì)算機(jī)并稱為今年最重要的科技創(chuàng)新。
只是,量子計(jì)算是一個(gè)系統(tǒng)工程,即使微軟等的研究獲得突破,將純物理學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合,將實(shí)驗(yàn)觀念轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品難以一蹴而就。量子計(jì)算機(jī)的建立及實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。
與人工智能結(jié)合 有望催生重大進(jìn)步
盡管仍有很多不確定性,但從谷歌、微軟、IBM等科技巨頭拼命往量子機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域砸錢的舉動(dòng)看,量子計(jì)算和人工智能的結(jié)合已是未來科技的最大熱門。
業(yè)界已經(jīng)統(tǒng)一了思想:量子計(jì)算能夠在許多領(lǐng)域起到重要作用,不僅有助于應(yīng)對(duì)最棘手的全球糧食短缺或氣候變化等挑戰(zhàn),更有望催生人工智能等領(lǐng)域的重大進(jìn)步。
微軟量子計(jì)算研究員內(nèi)森·維貝說:“如果有一個(gè)足夠大、足夠快的量子計(jì)算機(jī),我們可以徹底改變機(jī)器學(xué)習(xí)的各個(gè)領(lǐng)域。”
事實(shí)上,微軟的拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)最早的用途之一就是幫助人工智能研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí),加快訓(xùn)練算法。比如,把人工智能助理小娜的算法訓(xùn)練時(shí)間從一個(gè)月縮短到一天。
從這點(diǎn)上看,量子計(jì)算就像人工智能的協(xié)助處理器,非常適合機(jī)器的深度學(xué)習(xí)。不僅如此,通常人工智能中的代碼是靜態(tài)的,即使結(jié)果錯(cuò)誤,普通算法也不會(huì)自行修改。但是,量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠自動(dòng)設(shè)定程序,自行修改代碼,并通過不斷學(xué)習(xí)來處理之前從未遇到的新數(shù)據(jù)。
中粵金橋投資合伙人羅浩元說:“計(jì)算能力是人工智能的根本動(dòng)力與核心資源,但是,隨著人工智能的發(fā)展,越來越多的數(shù)據(jù)需要被計(jì)算,硬件堆砌已無(wú)法滿足更強(qiáng)的計(jì)算能力需求。并且,量子計(jì)算系統(tǒng)不僅能處理海量數(shù)據(jù),也具備自我學(xué)習(xí)和自我更正的能力。從這些角度看,在量子計(jì)算助力下的人工智能時(shí)代,將顛覆我們?cè)?jīng)最激進(jìn)的想象。”
量子計(jì)算與人工智能的結(jié)合機(jī)會(huì)已如此明顯而重要,中國(guó)的實(shí)力如何?
羅浩元認(rèn)為:“無(wú)論是科技界還是企業(yè)界,我們已由‘觀測(cè)’邁入‘調(diào)控’。在人工智能領(lǐng)域,中國(guó)雖然起步晚,但人才、企業(yè)數(shù)量及研究實(shí)力等并不遜于歐美國(guó)家。在量子計(jì)算領(lǐng)域,中國(guó)在前期已經(jīng)打下了很好的基礎(chǔ),并開始了對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)。”
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