第11期 2021/06/30
IBM在美國(guó)之外的第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)上線
五年前，IBM推出了其首個(gè)5量子位的量子處理器，用戶可以通過(guò)該公司的云使用。五年之后的現(xiàn)在，該公司展示了他們的第一臺(tái)在紐約的數(shù)據(jù)中心之外的量子計(jì)算機(jī)。
在大西洋彼岸，來(lái)自德國(guó)Fraunhofer研究所（Fraunhofer Institute）的科學(xué)家們剛剛揭開(kāi)了IBM Quantum System One的面紗——這是該國(guó)第一臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，是藍(lán)色巨人（IBM）依據(jù)雙方的合約，專門(mén)為其建造的。
該設(shè)備使用了IBM的27量子位處理器，設(shè)備已經(jīng)在幾周前上線，并已提供給Fraunhofer研究所的科學(xué)家和該研究所的一些合作伙伴使用。從現(xiàn)在起，F(xiàn)raunhofer研究所歡迎該研究所之外的德國(guó)學(xué)術(shù)界和機(jī)構(gòu)簽署月度合同，利用該計(jì)算機(jī)進(jìn)行研究、教育和培訓(xùn)。
Fraunhofer研究所和IBM的合約是去年簽署的，這標(biāo)志著藍(lán)色巨人（IBM）的量子硬件在全球擴(kuò)張的開(kāi)始。該公司于2019年發(fā)布了Quantum System One，并將其定位為世界上第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)；但是，到目前為止，用戶只能通過(guò)云連接到位于紐約波基普西的IBM量子計(jì)算中心才能使用該設(shè)備。
首次將這類硬件帶到新地點(diǎn)絕非易事——而全球新冠肺炎的疫情還給這項(xiàng)工作增加了一些額外的障礙。IBM的首席量子專家Bob Sutor解釋說(shuō)，在通常的情況下，該公司會(huì)將一些關(guān)鍵部件運(yùn)往德國(guó)，并派出一個(gè)內(nèi)部的專家團(tuán)隊(duì)到德國(guó)進(jìn)行量子計(jì)算機(jī)的組裝，但是全球肆虐的新冠肺炎疫情帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)——一切組裝工作都必須遠(yuǎn)程完成。
IBM的工程師們不得不采用遠(yuǎn)程組裝的方式——這種方式受到了美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的啟發(fā)。Sutor對(duì)ZDNet表示：“如果你不能夠跑到他們面前說(shuō)‘做這個(gè)’，你該如何培訓(xùn)幾千英里之外的人呢？” Sutor表示：“我們必須遠(yuǎn)程培訓(xùn)當(dāng)?shù)氐膱F(tuán)隊(duì)，并且和他們遠(yuǎn)程配合，將所有的東西組裝在一起，并讓機(jī)器運(yùn)行起來(lái)。為此，我們開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)，可以將這些系統(tǒng)部署到世界各地，而且不需要我們自己親臨現(xiàn)場(chǎng)。這種方法奏效了。”
為了在當(dāng)?shù)氐腎BM開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)德國(guó)的工程師們，Sutor的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)量子計(jì)算機(jī)組裝的虛擬課程。從安裝計(jì)算機(jī)的制冷系統(tǒng)到操縱Falcon處理器，事無(wú)巨細(xì)，沒(méi)有遺漏任何細(xì)節(jié)，設(shè)備按照原定計(jì)劃成功組裝好了。
對(duì)于Fraunhofer研究所而言，這意味著該研究所及其合作伙伴現(xiàn)在可以使用專為德國(guó)機(jī)構(gòu)構(gòu)建的先進(jìn)量子計(jì)算機(jī)，無(wú)須依賴云訪問(wèn)美國(guó)的系統(tǒng)了。
自從宣布與IBM合作以來(lái)，該研究所就一直忙于研究量子計(jì)算的潛在應(yīng)用，并設(shè)計(jì)量子算法，這些算法可能比經(jīng)典計(jì)算更具優(yōu)勢(shì)。
這是因?yàn)榱孔佑?jì)算尚處于起步階段，盡管研究人員們對(duì)該技術(shù)的潛力抱有巨大的期望，但是大部分關(guān)于該技術(shù)的前景仍然處于理論階段�，F(xiàn)有的量子處理器（例如IBM 的 Falcon）的量子位太少，而錯(cuò)誤率又太高，無(wú)法解決與商業(yè)相關(guān)的大規(guī)模問(wèn)題。因此，研究工作中還包含著為該技術(shù)尋找合適用例的內(nèi)容，以便在硬件準(zhǔn)備就緒之后能夠充分加以利用。
Sutor 表示：“對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，他們需要現(xiàn)在就進(jìn)入，他們需要了解什么是量子計(jì)算機(jī)，它們有什么用處，以及哪些使用量子計(jì)算機(jī)的可行方法將會(huì)比使用經(jīng)典計(jì)算更具優(yōu)勢(shì)。”
在Fraunhofer研究所，研究人員一直在研究各種應(yīng)用，從金融投資組合優(yōu)化到制造商的物流規(guī)劃，通過(guò)可以增強(qiáng)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和分子模擬的糾錯(cuò)協(xié)議，推動(dòng)化學(xué)和材料的發(fā)現(xiàn)。
例如，該研究所一直在與德國(guó)航空航天中心（German Aerospace Center）合作研究，以確定量子算法是否可以模擬儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)的電化學(xué)過(guò)程——這反過(guò)來(lái)又可以幫助設(shè)計(jì)性能更好、能量密度更高的電池和燃料電池。
對(duì)于Fraunhofer研究所的研究協(xié)調(diào)員 Annkatrin Sommer 來(lái)說(shuō)，選擇 IBM 作為量子合作伙伴是理所當(dāng)然的。她對(duì)ZDNet表示：“我們真的很想采用尖端技術(shù)，這樣你就可以可盡快開(kāi)始開(kāi)發(fā)算法了。”
在量子計(jì)算方面，IBM的產(chǎn)品具有一些顯著的優(yōu)勢(shì)。自從其首款基于云的量子處理器發(fā)布以來(lái)，該公司現(xiàn)在已經(jīng)制造了20多臺(tái)Quantum System One機(jī)器，這些設(shè)備在被全球超過(guò)145家機(jī)構(gòu)使用。這些云處理器每天要建立20億個(gè)量子電路（quantum circuits），到今年夏季結(jié)束之前，IBM有望突破1萬(wàn)億個(gè)量子電路。
Quantum System One 中使用的 Falcon 處理器是 27 個(gè)量子位的，但該公司正在并行開(kāi)發(fā)一種名為 Hummingbird 的芯片，該芯片具有 65 個(gè)量子位。藍(lán)色巨人最近發(fā)布了量子硬件路徑圖，在這份路徑圖中，IBM承諾到 2023 年實(shí)現(xiàn)超過(guò) 1,000個(gè)量子位——足以開(kāi)始看到量子計(jì)算的早期結(jié)果。最終，IBM 的目標(biāo)是生產(chǎn)百萬(wàn)量子比特級(jí)別的量子系統(tǒng)。
Sutor表示：“如果我扔給你一個(gè)玩具系統(tǒng)并且說(shuō)：‘給你，玩吧，我不知道它是否能讓事情變得更好’——那么沒(méi)人會(huì)在意的。”Sutor表示：“人們需要相信這些機(jī)器以及機(jī)器上運(yùn)行的軟件和應(yīng)用程序，相信它們能夠比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快、更好地工作。”
對(duì)于像Fraunhofer研究所這樣的研究機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，IBM的量子技術(shù)承諾的快速擴(kuò)張很有吸引力。這家德國(guó)的機(jī)構(gòu)并不是唯一一家押注藍(lán)色巨人的機(jī)構(gòu)。作為與東京大學(xué)合作的一部分，IBM今年還將在日本安裝Quantum System One系統(tǒng)；而在美國(guó)，克利夫蘭診所（Cleveland Clinic）剛剛向IBM下了5億美元的訂單，以構(gòu)建本地的量子硬件。
但是，盡管擁有了IBM的設(shè)備，F(xiàn)raunhofer研究所的研究團(tuán)隊(duì)仍然熱衷于強(qiáng)調(diào)現(xiàn)在判斷量子計(jì)算的哪種方法或者哪些方法將首先取得成果還為時(shí)尚早。這個(gè)行業(yè)正在快速地?cái)U(kuò)張，隨著新公司不斷加入這股量子計(jì)算的熱潮，想要區(qū)分炒作和現(xiàn)實(shí)是很困難的。
這就是為什么在投資IBM的超導(dǎo)量子位之外，F(xiàn)raunhofer研究所還在研究使用其他不同方法——例如離子阱 (Ion trap)或者金剛石量子計(jì)算（diamond）——的原因。
Sommer表示：“目前，還無(wú)法斷言哪種技術(shù)是最好的。” Sommer表示：“而且我們可能會(huì)同時(shí)針對(duì)不同的用例采用不同的技術(shù)。用不同的方法做項(xiàng)目，然后在一段時(shí)間之后，衡量一下取得的進(jìn)展以及是否達(dá)到了目標(biāo)，這種做法是很有意義的。然后，你再?zèng)Q定應(yīng)該繼續(xù)使用哪種技術(shù)。”
為了在量子計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)領(lǐng)先，全球的競(jìng)爭(zhēng)正在日益激烈，而亮閃閃的Quantum System One新系統(tǒng)讓德國(guó)在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。
在歐盟10億歐元（折合12億美元）的量子旗艦計(jì)劃之外，德國(guó)政府已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)20億歐元（折合24億美元）的資助計(jì)劃，該計(jì)劃的目標(biāo)是在該國(guó)推廣量子計(jì)算技術(shù)。
與此同時(shí)，美國(guó)2018年的《國(guó)家量子倡議法案》（National Quantum Initiative Act）計(jì)劃撥款12億美元。而中國(guó)也毫不掩飾其想成為領(lǐng)先的量子超級(jí)大國(guó)的雄心。
英國(guó)政府也已經(jīng)為國(guó)家量子技術(shù)計(jì)劃（National Quantum Technologies Programme）投資了總計(jì)10億英鎊（折合13.7億美元）。在接下來(lái)的幾年里，該國(guó)希望效仿德國(guó)，建造該國(guó)第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)將由總部位于美國(guó)加利福尼亞州的Rigetti Computing公司建造。
本文章選自《數(shù)字化轉(zhuǎn)型方略》雜志，閱讀更多雜志內(nèi)容，請(qǐng)掃描下方二維碼
