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硅谷封面 谷歌最先進(jìn)的電腦不在該公司位于美國加州山景城的總部內(nèi)，也不在狂熱蔓延的硅谷的任何地方。從圣芭芭拉往南驅(qū)車幾個(gè)小時(shí)，你就會(huì)來到一個(gè)表面上顯得平白無奇的辦公園區(qū)，這里入駐的大多也是你從未聽說過的科技公司。 在這個(gè)園區(qū)的一間開放式辦公室里，有幾十張辦公桌，還有室內(nèi)自行車架和指定的“沖浪板停車場”，沖浪板放在從墻上伸出的支架上。寬大的雙扇門通向一個(gè)寬敞教室大小的實(shí)驗(yàn)室，在那里的計(jì)算機(jī)機(jī)架和雜亂的儀器中，有些圓柱形、比油桶稍大的容器懸掛在減震裝置上，就像巨大的鋼蛹。 其中的一個(gè)圓柱形容器外殼已經(jīng)被移除，露出了里面由鋼和黃銅組成的多層次、錯(cuò)綜復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它被稱為“枝形吊燈”。這基本上就是臺(tái)超級(jí)冰箱，越往下層溫度越低。在底部，保持在絕對(duì)零度以上、大約只有頭發(fā)寬度大小的真空中，可以用肉眼看到類似普通硅片的東西。但它上面沒有蝕刻晶體管，而是由微小的超導(dǎo)電路構(gòu)成。在這種低溫下，這些電路的表現(xiàn)就好像它們是遵守量子物理定律的單個(gè)原子。它們就是所謂的量子比特，即量子計(jì)算機(jī)的基本存儲(chǔ)單元。 2019年10月底，谷歌宣布，該公司利用名為Sycamore的芯片，通過執(zhí)行在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上幾乎不可能完成的任務(wù)，首次實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”（quantum supremacy）。根據(jù)谷歌的說法，用53個(gè)量子比特，Sycamore在幾分鐘內(nèi)完成了一項(xiàng)計(jì)算，而這項(xiàng)任務(wù)需要世界上現(xiàn)存最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit計(jì)算1萬年時(shí)間。 谷歌宣稱這是個(gè)重大突破，甚至將它與蘇聯(lián)發(fā)射首顆人造衛(wèi)星或萊特兄弟進(jìn)行首次飛行相提并論，并稱掀開了新機(jī)器時(shí)代的序幕，它將使當(dāng)今最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)看起來像過時(shí)的算盤。 在圣巴巴拉實(shí)驗(yàn)室舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，谷歌團(tuán)隊(duì)愉快地回答了記者的提問，問答環(huán)節(jié)持續(xù)了近三個(gè)小時(shí)。但他們的幽默掩飾不了內(nèi)心的緊張。因?yàn)榫驮趦商烨埃雀柙诹孔佑?jì)算領(lǐng)域的主要競爭對(duì)手IBM的研究人員破壞了它的重大發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)表了一篇論文，指責(zé)谷歌給出了錯(cuò)誤計(jì)算。IBM認(rèn)為，Summit只需要幾天時(shí)間就可以復(fù)制Sycamore的成就，而不需要上萬年。當(dāng)被問及對(duì)IBM的質(zhì)疑有何看法時(shí)，谷歌團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人哈特穆特 尼文(Hartmut Neven)刻意回避了直接回答。 你可以認(rèn)為這只是一場學(xué)術(shù)爭論，從某種意義上說也確實(shí)如此。即使IBM的懷疑是對(duì)的，Sycamore的計(jì)算速度仍然比Summit快1000倍。也許僅僅幾個(gè)月后，谷歌就會(huì)造出體型稍大的量子計(jì)算機(jī)，向懷疑者證明自己。然而，IBM更深層的反對(duì)意見并不是谷歌的實(shí)驗(yàn)沒有宣稱的那么成功，而是它首先就是個(gè)毫無意義的測試。 與大多數(shù)量子計(jì)算領(lǐng)域不同，IBM并不認(rèn)為“量子霸權(quán)”是該技術(shù)領(lǐng)域的萊特兄弟時(shí)刻。事實(shí)上，IBM甚至不相信會(huì)有這樣的時(shí)刻。相反，IBM追求的是一種完全不同的成功衡量標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的“量子優(yōu)勢”（quantum advantage）。 這不僅僅是措辭上的不同，甚至也不是科學(xué)上的分歧，而是在哲學(xué)立場上的對(duì)立，它植根于IBM的歷史、文化和雄心壯志中。也許還有這樣一個(gè)事實(shí)，即八年來，IBM的收入和利潤始終在下降，而谷歌及其母公司Alphabet的營收數(shù)字卻在增長。在這樣的背景下，以及各自設(shè)定的不同目標(biāo)，可能會(huì)影響雙方在量子計(jì)算競賽中究竟哪一方會(huì)勝出。 規(guī)模宏大的實(shí)驗(yàn) 量子計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)件就是量子比特。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中，一個(gè)普通比特只能存儲(chǔ)0或1，而量子比特不僅可以存儲(chǔ)0或1，還可以存儲(chǔ)介于兩者之間、被稱為“疊加”的狀態(tài)，這可以假設(shè)許多不同的值。這里我們可以類比下，如果信息是彩色的，那么普通比特可以是黑色的，也可以是白色的。而當(dāng)量子比特處于疊加狀態(tài)時(shí)，它可以是光譜上的任何顏色，也可以是亮度不同的顏色。 結(jié)果是，與普通比特相比，一個(gè)量子比特可以存儲(chǔ)和處理大量的信息，而且當(dāng)你把量子比特連接在一起時(shí)，容量會(huì)成倍增長。在谷歌Sycamore芯片上以53個(gè)量子比特來存儲(chǔ)所有的信息，將需要大約72PB(720億GB)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)內(nèi)存。不需要太多的量子比特，其計(jì)算和存儲(chǔ)能力就可以與星球大小的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相媲美。 當(dāng)然，量子比特并非沒有缺點(diǎn)。由于量子比特脆弱且易受干擾，因此必須與熱量、振動(dòng)和雜散的原子完全隔離，因此才有了谷歌量子實(shí)驗(yàn)室里的“枝形吊燈”冰箱。即便如此，它們最多也只能工作幾百微秒，然后就會(huì)“退化”(decohere)，失去疊加狀態(tài)。 量子計(jì)算機(jī)并不總是比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快。它們只是有所不同的機(jī)器，有的更快，有的更慢，并且需要不同種類的軟件。為了比較它們的性能，你必須編寫一個(gè)近似模擬量子計(jì)算機(jī)的經(jīng)典程序。 在實(shí)驗(yàn)中，谷歌選擇了一個(gè)叫做“隨機(jī)量子電路采樣”的基準(zhǔn)測試。它產(chǎn)生了數(shù)百萬個(gè)隨機(jī)數(shù)字，但帶有輕微的統(tǒng)計(jì)偏差，而這正是量子算法的特點(diǎn)。如果Sycamore是個(gè)袖珍計(jì)算器，它就相當(dāng)于隨機(jī)按下按鈕，然后檢查顯示器是否顯示了預(yù)期的結(jié)果。 谷歌在它自己的大型服務(wù)器場和世界上最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit(位于橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室)上模擬了部分過程。研究人員估計(jì)，完成整項(xiàng)耗時(shí)200秒的計(jì)算工作，將花費(fèi)Summit大約1萬年的時(shí)間。瞧，這就是“量子霸權(quán)”。 那么IBM反對(duì)的是什么呢基本上，讓傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬量子計(jì)算機(jī)有不同的方法，你編寫的軟件，你分割和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式，以及你使用的硬件都會(huì)對(duì)模擬運(yùn)行的速度產(chǎn)生很大影響。IBM表示，谷歌假定模擬需要被分割成許多塊，但擁有280PB存儲(chǔ)空間的Summit足以同時(shí)保存完整的Sycamore狀態(tài)。IBM建造了Summit，所以它對(duì)此非常了解。 在最基本的層面上，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的軟件是一系列邏輯門，如NOT、OR和NAND，它們改變比特的內(nèi)容(0或1)。同樣，量子軟件由作用于量子比特的一系列邏輯門組成，但它有一組更大、更奇特的門，它們的名字分別是SWAP(交換周圍兩個(gè)量子比特的值)、Pauli-X(翻轉(zhuǎn)量子比特的值的NOT門量子版本，)和Hadamard(將量子比特從0或1轉(zhuǎn)換為0和1的疊加狀態(tài))。到目前為止，還沒有像C++或Java這樣的高級(jí)語言的量子編程語言，但谷歌和IBM都創(chuàng)建了圖形界面，這讓使用GATES進(jìn)行編程變得容易。 量子比特存儲(chǔ)信息的方式就像篩子存儲(chǔ)水一樣，即使是最穩(wěn)定的量子態(tài)也會(huì)在幾百微秒內(nèi)“退化”，或者從脆弱的量子態(tài)跌落。甚至在那之前，錯(cuò)誤就開始堆積。這意味著一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)只能做固定量的計(jì)算，然后就會(huì)慢慢停下來。谷歌的更大芯片在30到40微秒后“退化”，足夠它們運(yùn)行40個(gè)量子邏輯門序列。IBM的芯片可達(dá)500微秒，但它們處理邏輯門的速度也更慢。 截然不同的理念 IBM位于紐約市北部郊區(qū)的托馬斯-沃森研究中心(Thomas J. Watson Research Center)曲線優(yōu)美，輪廓分明，它是芬蘭建筑師埃羅·沙里寧(Eero Saarinen)的新未來主義杰作，但它與谷歌團(tuán)隊(duì)毫不起眼的挖掘工作相去甚遠(yuǎn)，兩者甚至有著天壤之別。這棟建筑于1961年完工，當(dāng)時(shí)大型機(jī)為IBM帶來大量財(cái)富，使它具有博物館般的品質(zhì)，提醒每個(gè)在里面工作的人，公司在從分形幾何到超導(dǎo)體再到AI和量子計(jì)算的各個(gè)領(lǐng)域都取得了突破。 這個(gè)擁有4000人的研究部門的負(fù)責(zé)人是西班牙人達(dá)里奧·吉爾（Dario Gil），他講話的語速很快，總是能讓人感受到其澎湃的激情。每次與他交談時(shí)，他都會(huì)滔滔不絕地講述許多歷史里程碑，意在強(qiáng)調(diào)IBM參與量子計(jì)算相關(guān)研究的時(shí)間已經(jīng)足夠漫長。 但在過去的幾十年里，IBM在努力將其研究項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為商業(yè)成功方面卻不盡如人意。以最近的超級(jí)計(jì)算機(jī)Watson為例，IBM試圖將其轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="http://m.qingdxww.cn/keyword/機(jī)器人" target="_blank" class="relatedlink">機(jī)器人醫(yī)學(xué)大師。它的目的是提供診斷和識(shí)別海量醫(yī)療數(shù)據(jù)的趨勢，但盡管與醫(yī)療服務(wù)提供商建立了數(shù)十個(gè)合作伙伴關(guān)系，卻很少有商業(yè)應(yīng)用。即使出現(xiàn)了一些商業(yè)應(yīng)用，也產(chǎn)生了好壞參半的結(jié)果。 按照吉爾的說法，量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)正試圖通過同時(shí)進(jìn)行研究和業(yè)務(wù)開發(fā)來打破這種循環(huán)。幾乎在量子計(jì)算機(jī)投入使用后，該公司就開始把它們放到云上，讓外界可以訪問它們。在云端，它們可以通過一個(gè)簡單的、在web瀏覽器上運(yùn)行的拖放界面進(jìn)行編程。 2016年推出的“IBM Q體驗(yàn)”(IBM Q Experience)現(xiàn)在包括15臺(tái)公開可用的量子計(jì)算機(jī)，大小從5個(gè)量子比特到53個(gè)量子比特不等。每月約有12000人使用它們，包括學(xué)術(shù)研究人員、學(xué)生等不同人群。在小型機(jī)器上的時(shí)間是免費(fèi)的，但I(xiàn)BM表示，已經(jīng)有100多家客戶為使用更大的量子計(jì)算機(jī)付費(fèi)。 除了谷歌的Sycamore之外，這些設(shè)備或者世界上任何其他的量子計(jì)算機(jī)都還沒有顯示出它們可以在任何方面打敗傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的能力。對(duì)IBM來說，這不是現(xiàn)在的重點(diǎn)。讓這些機(jī)器在網(wǎng)上可用，可以讓該公司了解未來的客戶可能需要什么，并允許外部軟件開發(fā)人員學(xué)習(xí)如何為他們編寫代碼。這反過來又促進(jìn)了它們的發(fā)展，使后來的量子計(jì)算機(jī)變得更好。 該公司認(rèn)為，這個(gè)周期是通向所謂“量子優(yōu)勢”的最快路徑。將來，量子計(jì)算機(jī)不一定會(huì)把傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面，但會(huì)以更快或更高效的方式做些有用的事情，這足以讓它們在經(jīng)濟(jì)上產(chǎn)生足夠高的價(jià)值。盡管“量子霸權(quán)”是單一的里程碑，但I(xiàn)BM認(rèn)為，“量子優(yōu)勢”是“連續(xù)性的里程碑”，是個(gè)逐漸擴(kuò)大的可能性世界。 這就是吉爾關(guān)于IBM的大統(tǒng)一理論：通過結(jié)合它的傳統(tǒng)、技術(shù)專長、其他人的智力以及其對(duì)商業(yè)客戶的奉獻(xiàn)，該公司可以比任何人更快、更好地構(gòu)建有用的量子計(jì)算機(jī)。 美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校物理學(xué)家斯科特·亞倫森(Scott Aaronson)說，從這種觀點(diǎn)來看，IBM認(rèn)為谷歌的“量子霸權(quán)”演示只是“室內(nèi)把戲”。在最好的情況下，這只是一種從真正需要進(jìn)行的工作中轉(zhuǎn)移注意力的浮華現(xiàn)象。在最壞的情況下，這甚至是一種誤導(dǎo)，因?yàn)樗赡軙?huì)讓人們認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)可以在任何事情上擊敗傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，而不是局限于非常狹隘的任務(wù)上。吉爾說，對(duì)于“霸權(quán)”這個(gè)詞兒，公眾很可能產(chǎn)生誤解。當(dāng)然，谷歌對(duì)此的看法截然不同。 谷歌的量子研究歷程 谷歌在2006年第一次開始研究量子問題時(shí)，還是剛剛成立8年的初創(chuàng)公司，它直到2012年才成立了專門的量子實(shí)驗(yàn)室。同年，美國加州理工學(xué)院的物理學(xué)家約翰·普雷斯基爾(John Preskill)創(chuàng)造了“量子霸權(quán)”這個(gè)術(shù)語。 
谷歌用于實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”的設(shè)備 谷歌量子實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人是哈特穆特·尼文(Hartmut Neven)，他是一名德國計(jì)算機(jī)科學(xué)家，以嚴(yán)厲著稱，喜歡“火人節(jié)”式的時(shí)裝，有時(shí)候他會(huì)穿著毛茸茸的藍(lán)色外套，甚至穿著全銀色的服裝，讓他看起來像個(gè)邋遢的宇航員。 起初，尼文購買了外部公司D-Wave制造的機(jī)器，并花了一段時(shí)間試圖在其上實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”，但沒有成功。他說，2014年，他說服時(shí)任谷歌首席執(zhí)行官的拉里·佩奇(Larry Page)投資建造量子計(jì)算機(jī)，并承諾谷歌將接受普雷斯基爾的挑戰(zhàn)。奈文回憶稱：“我們告訴佩奇，三年后我們會(huì)回來，在你的桌子上放上原型芯片，至少可以計(jì)算傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法處理的問題。” 由于缺乏IBM的量子專業(yè)知識(shí)，谷歌從外部聘請了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，由加州大學(xué)圣巴巴拉分校物理學(xué)家約翰·馬提尼斯(John Martinis)領(lǐng)導(dǎo)。馬提尼斯和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)是世界上最好的量子計(jì)算機(jī)制造團(tuán)隊(duì)之一，他們成功地將9個(gè)量子比特串在一起，而尼文對(duì)佩奇的承諾似乎是他們值得追求的目標(biāo)。 三年的最后期限延遲了數(shù)次，馬提尼斯的團(tuán)隊(duì)努力研發(fā)一個(gè)足夠大、足夠穩(wěn)定的芯片來迎接挑戰(zhàn)。2018年谷歌發(fā)布了迄今為止最大的處理器Bristlecone。它擁有72個(gè)量子比特，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于競爭對(duì)手的任何產(chǎn)品。馬提尼斯預(yù)測，它將在同一年實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。但團(tuán)隊(duì)中有幾個(gè)人一直在并行地研究另一種名為Sycamore的芯片架構(gòu)，這種架構(gòu)最終證明可以用更少的量子比特做更多的事情。因此，這種有53個(gè)量子比特的芯片最終在去年秋天證明了它的優(yōu)越性。 實(shí)際上，在那個(gè)演示中使用的程序根本沒有任何用途。它生成隨機(jī)數(shù)字，這不需要量子計(jì)算機(jī)也能做到。但是，它以一種傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)很難復(fù)制的特殊方式生成它們，從而建立了概念證明。 詢問IBM員工他們對(duì)這一成就有何看法，你會(huì)露出痛苦的表情。IBM量子團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、說話謹(jǐn)慎的澳大利亞人杰伊 甘貝塔(Jay Gambetta)說：“我不喜歡‘量子霸權(quán)’這個(gè)詞，也不喜歡它的含義。”他說，問題在于，幾乎不可能預(yù)測任何給定的量子計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器來說是否困難，所以在一種情況下展示它并不能幫助你證明其在其他情況下是否適用。 許多IBM以外的人認(rèn)為，該公司這種拒絕將“量子霸權(quán)”視為重大成就的做法近乎固執(zhí)。尼文說：“任何想要獲得商業(yè)利益的人，都必須首先展示自己的優(yōu)勢。我認(rèn)為這只是基本的邏輯。”即使是這場爭論最公正的觀察者、麻省理工學(xué)院物理學(xué)家威爾·奧利弗（Will Oliver）也說“在某些任務(wù)上，無論什么任務(wù)，量子計(jì)算機(jī)的表現(xiàn)都優(yōu)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，這是一個(gè)非常重要的里程碑。” 量子飛躍 奧利弗說，不管你是同意谷歌的立場還是IBM的立場，下一個(gè)目標(biāo)都是明確的，也就是建立可以做些有用事情的量子計(jì)算機(jī)。人們希望，這些機(jī)器有一天能夠解決更多問題，這些問題現(xiàn)在需要更強(qiáng)大的計(jì)算能力，比如模擬復(fù)雜分子以幫助發(fā)現(xiàn)新藥和新材料，或者實(shí)時(shí)優(yōu)化城市交通流量以減少擁堵，或者進(jìn)行長期的天氣預(yù)報(bào)。
IBM的電路組合器 問題是，我們幾乎不可能預(yù)測量子計(jì)算機(jī)第一個(gè)有用的任務(wù)是什么，或者需要多大的計(jì)算機(jī)來執(zhí)行它。這種不確定性與硬件和軟件有關(guān)。在硬件方面，谷歌認(rèn)為它目前的芯片設(shè)計(jì)可以容納100到1000個(gè)量子比特。然而，就像汽車的性能不僅僅取決于引擎的大小一樣，量子計(jì)算機(jī)的性能也不僅僅取決于量子比特的數(shù)量。還有很多其他的因素需要考慮，包括“退化”需要多長時(shí)間，出錯(cuò)的可能性有多大，運(yùn)行的速度有多快，以及它們之間是如何相互聯(lián)系的。這意味著今天運(yùn)行的任何量子計(jì)算機(jī)都只能發(fā)揮其全部潛力的一小部分。 與此同時(shí)，用于量子計(jì)算機(jī)的軟件就像機(jī)器本身一樣，還處于起步階段。在傳統(tǒng)計(jì)算中，編程語言現(xiàn)在已經(jīng)從早期軟件開發(fā)人員必須使用的原始“機(jī)器代碼”相差了幾個(gè)層次，因?yàn)閿?shù)據(jù)如何存儲(chǔ)、處理和轉(zhuǎn)移的細(xì)節(jié)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了。谷歌團(tuán)隊(duì)的軟件負(fù)責(zé)人戴夫·培根(Dave Bacon)說：“在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上，當(dāng)你給它編程時(shí)，你不必知道晶體管是如何工作的。” 而在另一方面，量子代碼必須高度定制，以適應(yīng)它所運(yùn)行的量子比特，以便最大限度地發(fā)揮它們無法預(yù)測的性能。這意味著IBM芯片的代碼不能在其他公司的芯片上運(yùn)行，即使是優(yōu)化谷歌53量子位Sycamore的技術(shù)，也不一定會(huì)在未來的100量子比特機(jī)器上運(yùn)行得很好。更重要的是，這意味著沒有人能夠預(yù)測這100個(gè)量子比特能夠解決的問題有多困難。 人們最大膽的希望是，在未來幾年內(nèi)，擁有幾百個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)將被用來模擬一些中等復(fù)雜的化學(xué)過程，這甚至可能足以推動(dòng)對(duì)新藥或更高效電池的研究。然而，“退化”和錯(cuò)誤累計(jì)將使所有這些機(jī)器在它們能夠做任何真正困難的事情(如破壞密碼學(xué))之前停止工作。 這將需要一臺(tái)“容錯(cuò)”量子計(jì)算機(jī)，它可以糾正錯(cuò)誤，并像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣無限期地運(yùn)行。預(yù)期的解決方案將是創(chuàng)建冗余，即使數(shù)百個(gè)量子比特在共享量子態(tài)中作為一個(gè)量子比特運(yùn)行。總的來說，它們可以糾正單個(gè)量子比特的錯(cuò)誤。當(dāng)每個(gè)量子比特“退化”時(shí)，它的鄰居們就會(huì)把它帶回來，繼續(xù)參與到永不結(jié)束的相互復(fù)蘇的循環(huán)中。 大多數(shù)人預(yù)測，需要多達(dá)1000個(gè)相連的量子比特才能達(dá)到這種穩(wěn)定性，也就是說，要制造出一臺(tái)擁有1000個(gè)量子比特能力的電腦，你實(shí)際上需要容納100萬個(gè)量子比特。尼文說，谷歌“保守地”估計(jì)，它可以在10年內(nèi)構(gòu)建擁有100萬個(gè)量子比特的處理器，盡管有些重大的技術(shù)障礙需要克服，其中包括IBM可能仍有超越谷歌的優(yōu)勢。 到那時(shí)，很多事情可能已經(jīng)改變了。目前谷歌和IBM使用的超導(dǎo)量子比特可能被證明是他們那個(gè)時(shí)代的真空管，被更穩(wěn)定可靠的東西所取代。世界各地的研究人員都在試驗(yàn)各種制造量子比特的方法，雖然很少有先進(jìn)到足以制造出可以工作的電腦的水平。Rigetti、IonQ或Quantum Circuit等競爭對(duì)手可能會(huì)在某項(xiàng)特定技術(shù)上發(fā)揮優(yōu)勢，超越更大的公司。 采用不同解決方案 谷歌和IBM使用的超導(dǎo)量子比特幾乎是相同的，只有一個(gè)細(xì)微但可能至關(guān)重要的區(qū)別。在谷歌和IBM的量子計(jì)算機(jī)中，量子比特本身都是由微波脈沖控制的。微小的制造缺陷意味著，沒有兩個(gè)量子比特會(huì)對(duì)頻率完全相同的脈沖做出響應(yīng)。對(duì)此有兩種解決方案：1）改變脈沖的頻率，找到每個(gè)量子比特的最佳位置，就像努力抖動(dòng)嚴(yán)重?fù)p毀的鑰匙直到它打開鎖。2）利用磁場將每個(gè)量子比特“調(diào)”到正確的頻率。 IBM使用了第一種方法，谷歌則采用第二方案。每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)：谷歌的可調(diào)量子比特工作得更快、更精確，但它們不太穩(wěn)定，需要更多的電路。IBM的固定頻率量子比特更穩(wěn)定、更簡單，但運(yùn)行速度更慢。從技術(shù)角度來看，至少在目前這個(gè)階段，這幾乎是一場勝負(fù)難分的比賽。然而，就企業(yè)理念而言，這是谷歌和IBM之間的不同之處。或者更確切地說，這就是量子比特的特性。 谷歌選擇了變得更靈活。尼文說：“總的來說，我們的理念更傾向于提高可控性，而不是犧牲人們通常尋找的數(shù)字。”另一方面，IBM選擇了可靠性。吉爾說：“做一個(gè)局限于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)和發(fā)表一篇論文，與建立一個(gè)可靠性高達(dá)98%的系統(tǒng)，而且可以一直運(yùn)行，這兩者之間有著巨大的區(qū)別。” 現(xiàn)在，谷歌占據(jù)了優(yōu)勢。不過，隨著機(jī)器變得更大，優(yōu)勢可能會(huì)轉(zhuǎn)向IBM。每個(gè)量子比特由它自己單獨(dú)的導(dǎo)線控制，可調(diào)量子比特需要一根額外的導(dǎo)線。弄清楚數(shù)千或數(shù)百萬量子比特的線路將是兩家公司面臨的最艱巨技術(shù)挑戰(zhàn)之一。IBM表示，這是他們采用固定頻率量子比特的原因之一。谷歌團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人馬提尼斯說，過去三年里，他個(gè)人一直在努力尋找布線解決方案。他開玩笑說“這是一個(gè)如此重要的問題，我為此付出了努力。” 新的摩爾定律 IBM沒有計(jì)算量子比特?cái)?shù)量，而是追蹤它所稱的“量子體積”（quantum volume），這是一種測量計(jì)算機(jī)實(shí)際能處理的復(fù)雜程度的方法。它的目標(biāo)是使這項(xiàng)衡量標(biāo)準(zhǔn)每年翻一番，這是著名“摩爾定律”的量子版本，IBM將其命名為甘貝塔定律”(Gambetta‘s Law)，以其首席量子理論家杰伊·甘貝塔(Jay Gambetta)的名字命名。到目前為止，這個(gè)定律已經(jīng)保持住了三年。這和戈登·摩爾（Gordon Moore）在1965年提出摩爾定律時(shí)的情況差不多。
IBM采用所謂的“量子體積”作為衡量計(jì)算機(jī)處理能力的標(biāo)準(zhǔn) 但考慮到它們的規(guī)模和巨額財(cái)富，谷歌和IBM都有機(jī)會(huì)成為量子計(jì)算業(yè)務(wù)的重要參與者。企業(yè)將租用它們的機(jī)器來解決問題，就像它們目前從亞馬遜、谷歌、IBM或微軟租用基于云計(jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力一樣。物理學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家之間的戰(zhàn)爭將演變成商業(yè)服務(wù)部門和營銷部門之間的競爭。 那么，哪家公司最有可能贏得這場比賽隨著收入的下降，IBM可能比谷歌更有緊迫感。該公司從痛苦的經(jīng)歷中知道了緩慢進(jìn)入市場需要付出的代價(jià)：去年夏天，IBM斥資340億美元收購了開源云服務(wù)提供商紅帽(Red Hat)，這是它有史以來最昂貴的一筆收購，目的是在該領(lǐng)域趕上亞馬遜和微軟，扭轉(zhuǎn)其財(cái)務(wù)命運(yùn)。IBM將量子機(jī)器放到云端并從一開始就建立付費(fèi)業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略，似乎是為了讓它有個(gè)良好的開端。 谷歌最近開始效仿IBM的戰(zhàn)略，其商業(yè)客戶現(xiàn)在包括美國能源部、大眾和戴姆勒。馬提尼斯說，谷歌沒有更早這么做的原因很簡單“我們沒有把它放到云端的資源。但這可能還有另一種說法，即它不必優(yōu)先考慮業(yè)務(wù)發(fā)展。 這一決定是否會(huì)給IBM帶來優(yōu)勢還很難說，但更重要的可能是這兩家公司在未來幾年將如何運(yùn)用其他優(yōu)勢來解決當(dāng)前挑戰(zhàn)。吉爾表示，IBM將受益于其在從材料科學(xué)、芯片制造到服務(wù)大企業(yè)客戶等各個(gè)領(lǐng)域的“全套”專業(yè)知識(shí)。另一方面，谷歌擁有硅谷式的創(chuàng)新文化和大量快速擴(kuò)張業(yè)務(wù)的實(shí)踐。 至于“量子霸權(quán)”本身，它將是一個(gè)重要的歷史時(shí)刻，但這并不意味著它將是個(gè)決定性的時(shí)刻。畢竟，每個(gè)人都知道萊特兄弟的第一次飛行，但誰能記得他們后來做了什么？ |
