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谷歌、IBM們的“量子爭霸”迷局

未來誰會掌握量子計算的核心話語權?
世界經理人專欄

腦極體

你的困惑,來自于無路貼近未知。我們在技術、思想、傳播的異界,販來極限腦量下的TMT。

雖然官網很快撤下了論文,但NASA驗證谷歌獲得“量子霸權”的消息,已經讓潛在對手和等待已久的業界集體躁動了起來。

相關內容想必大家已經看到了許多討論,就不再贅述了。簡單來說,就是谷歌的量子計算機完成相關計算的時間是200秒,而經典計算機summit要花一萬年。這被看做是“量子計算機首次完全超越經典計算機”,也就是所謂的“量子霸權”。

當然,這并不代表“優勢”能一直保持,距離真正可行的實際應用還很遙遠,也并不會帶來什么國家安全上的威脅(真有這么厲害各國情報人員一定早就拉警報了)……

因此與技術本身相比,巨頭們圍繞“量子霸權”這一名詞放風卡位,作為這一領域的固定表演節目,反而是更加有趣的一件事。

量子霸權的真相:車輪戰和輿論戰

從2015年開始,這場名叫“量子霸權”的競賽就已經很激烈了。

在Google、IBM、Intel、Microsoft等等重量級玩家陣容中,微軟的拓撲量子計算看起來遙遙無期,Intel專注的硅量子點技術也比較冷門。谷歌和IBM的超導量子計算進展最快,也就成了最有希望率先破局的存在。

問題是,誰能率先取得突破?每年的“官宣”就是更新大眾認知、奠定行業地位的關鍵時期。

2017年4月,Google宣布要在年底打造出世界上第一臺超越傳統計算機的量子計算機,實現49個量子比特的操控。同年11月,就被IBM搶了首發,推出了可以“支持50 個量子比特的計算機”,將使用在下一代的IBM Q系統中。

這在當時不僅僅代表技術上打破了谷歌的“量子壟斷”,還顯露出了工程化的可能性,在此之前全世界還沒有一家公司可以在這樣的尺度上構建一個量子計算機,許多業內人士都認為量子霸權將在一年內實現。

谷歌必須不能忍。隨即就在2018年鉚足了勁沖擊“量子霸權”,公布了一款名為Bristlecone的芯片,并宣稱這款芯片可以支持72個量子比特的計算。下半年,又與NASA達成合作,利用其超級計算機通過谷歌云測試Bristlecone的性能,勢要踹開量子霸權的臨門一腳。

IBM的“回應”也在2019年1月如期而至,美國CES展上,IBM展示了自己最新的可操縱20個量子比特的“IBM Q系統1”。雖然量子比特的數量不及業界此前發布的一些設備,但表現穩定、結構緊湊,被看做是可“商用”的量子計算機雛形。

而谷歌剛剛靠NASA的助攻下拿到“量子霸權”的首發之時,IBM更是公開表示不服,高管羅伯特·薩托(Robert Sutor)說“我們根本不用(這個詞)”“我們一點都不在乎”,并宣布推出53量子比特的可“商用”量子計算機。

不難發現,谷歌與IBM這兩個“學霸”在勇爭第一的道路上神奇地保持著有來有往的平衡。

雙方忙著大打輿論戰,路人卻越來越糊涂。

首先,大眾很難對相關報道進行獨立核實,比如這次谷歌就拒絕對NASA報告進行置評,論文還很快就被撤下了。實驗結果也沒有同行評議,無法復現,而硬件也沒見到傳說中的量產實物,谷歌的芯片也好,IBM的商用機也罷,都被認為欠缺權威性。

這種“別問,問就是看通稿”的迷之默契,讓這場聲勢浩大的“量子霸權”之爭,顯得別有意味…

“量子式哲學”:技術自由“心證”

要弄懂谷歌和IBM這種有來有往、隔空喊話的掐架模式,首先需要聊聊,“量子霸權”究竟重要在哪兒?

我們知道,量子計算能夠在同時完成經典計算(并行計算)的時候,并將它們按一定的概率振幅疊加(相干疊加)起來,這會使計算機的計算能力隨可操縱的粒子數呈現出驚人的指數增長,解決經典計算機無法解決的大規模計算難題。

誰先獲得“量子霸權”,就意味著誰掌握了技術制高點,與新計算世界的標準制定權,在市場競爭中占據有利位置。

主導權不得不爭,那么問題來了,IBM、谷歌,包括英特爾、微軟選擇的都是通過積極競賽,試圖碾壓和勸退潛在的競爭對手,卻對自家的實驗細節諱莫如深。都是搞技術的人,大家真誠一點不好嗎?

答案或許是,實打實的技術突破真心太難了!

大眾和資本翹首以盼,這么形容社會對量子計算的期待并不為過。最常聽到的“恐 怖故事”,就是量子加密,破譯現在的任何密碼都是小case,再聯想一下國防和金融安全。不僅普通人已經被培養出了“國家興亡,全靠量子”的科學素養,資本也通過大量證據,認為量子計算機的“優勢”是注定會出現的,那么“量子霸權”自然就成為新舊技術世界的轉折標志。率先押注可能帶來未來收益的種子選手,也就不足為奇了。

但與全社會殷切期盼形成鮮明對比的,就是量子技術的瓶頸并不像量子本身一樣脆弱。相反,還特別頑強。

因為,實現量子霸權至少有兩個關鍵條件:一是計算的比特數,普遍認為應該在70-100之間。二是糾錯容錯能力,要將錯誤率控制在0.1%以內。

量子數量目前已經有許多突破,D-Wa ve公司的產品甚至已經實現了2000個量子比特,但問題是,隨著量子比特數量的增加,錯誤率也隨之增加,太高就會讓量子計算毫無意義。而要保持計算的穩定性,也就是量子糾纏操縱精度、相干特性、邏輯門保真度等指標,縱使谷歌和IBM工程師們都禿了頭也進展緩慢。

目前,最低的錯誤率在0.5%左右,這意味著每200次操作中大約有一個錯誤。聽起來還不錯?可是這比標準計算機的錯誤率高太多了,后者大約每1017次運算才有一個錯誤。

這會導致什么呢?那就是存在嚴重的工程障礙。量子計算機在做任何有用的實際運算中,要額外增加千倍的算力去進行糾錯,而這遠遠超出了當前的技術水平。

就算在學術上實現了,應用中也需要付出巨大的開銷成本,恐怕會讓商業客戶直接勸退。

所以,目前主流的量子計算應用探索,尚且集中在量子加密,以及量子模擬等基礎研究上,距離真正的商業應用還很遙遠。

這種情況大眾尚能淡定,但資本與輿論場卻有點不從容了。

要知道,為了沖擊“量子霸權”,IBM投入了約30億美元,谷歌經費屢創新高。花錢如流水,自然也要給廣大股東們一個交代吧。畢竟,雖說目前是量子雙寡頭,但初創企業在資本助推下不斷涌現,老牌計算巨頭英特爾也鍥而不舍。

所以每年秋季,就是兩大學霸為了證明自己的領先地位而爭相“交作業”的時候。

既要不斷沖擊新的學術高峰,又要讓脆弱的量子變得可控可用,量子計算這兩大戰役都不是一年兩年就能結束的。年度“秀場”也就不得不借助“震驚部”的才華,在“數字”與“話術”上實現碾壓了。

量子時代的中國速度:故事才剛剛開始

谷歌與IBM的“量子霸權”爭奪,有點像學霸們明明知道自己只能考60分,但誰都不想讓年級第一的人設倒掉,也不好告訴家長培訓班的錢都白花了,只好一面對外宣布一個比對方高一點點的分數,一面就是將卷面藏著掖著誰都不給看。

就著這場糾結而復雜的口水官司,不難看出,CPU時代的種種神話已成往事,量子時代的到來才是國家與企業競速的關鍵。

所以也是時候討論一個大家都更為關注的問題了——那就是,量子霸權注定就是谷歌或IBM的囊中之物了嗎?如果該領域也被加強技術封鎖,中國這個后進生又該怎么辦?

關于這個話題,我們和一些專業人士聊了聊,壞消息是,各國在量子霸權上的爭奪,雖不至于劍拔弩張,但也不容樂觀。其中,美國穩居第一梯隊,并且政策上已經開始嚴防死守。

去年,特朗普簽署了一項量子計算相關法案,不僅將發展量子計算作為國家戰略布局,而且明確相關技術不能外流。在美國商務部工業安全署BIS針對關鍵技術和相關產品的出口管制中,量子計算作為國家安全和高技術的代表,赫然在列。

換句話說,這場特殊的科技競賽中,一開始就流露出了濃重的火 藥味。

先別急著呼吸困難地“卡脖子”,但同時,好消息是,中國在量子計算的道路上并不像經典計算時代那樣步履蹣跚,相反,在基礎學科上已經擁有了不少值得稱道的積累。

比如SCI論文總量,中國就位列全球第二。頂尖科研機構也占據全球TOP20中的三席,分別為中國科學院(第三)、中國科學技術大學(第七)和清華大學(第十七)。

人才儲備方面,中國籍或華人科學家也占據了論文發表數量前20名榜單的近一半,中科大郭光燦院士論文數量更是高居榜首。華人科學家在量子計算領域的貢獻占比不斷攀升,也會持續提升中國在量子計算領域的國際話語權。

學術突破方面,最典型的代表,是中科院潘建偉院士團隊近兩年的研究。去年六月,完成了12個超導比特量子的糾纏態;前不久,又成功實現了全光量子中繼器的原理性驗證,為長距離量子通訊網絡的構建打下了基礎,在國際范圍內尚屬首次。

這種不斷刷新學界高度的研發速度,正在疊加成量子世界的“中國效應”。

應用方面,中國科技巨頭的反應也并不緩慢。BAT、華為在內都相繼發布了量子計算戰略,投入眾多資源招攬人才、產學合作。

其中奔跑速度最快的華為,去年就公布了量子計算模擬器HiQ,能夠模擬42量子比特電路;今年的全聯接大會上,HiQ再一次升級,推動量子計算在中國產業端繼續向前。

加上各地量子科技產業基地紛紛落成,新的量子計算實驗室出現,社會性資本開始活躍,中國的量子計算產業正在逐漸生長出了完整而立體的產業地圖。

從這個角度看,如果說CPU時代中國只能亦步亦趨,但“量子戰爭”卻是我們不容掉隊、也沒有錯過的未來游戲。

正如中科大教授郭國平所說,“如果說實現通用量子計算機像一場馬拉松,現在才跑了幾公里。你前面領先,我后面有機會。”而玩家們的區別或許在于,有的在以令人恐慌的速度奔跑,有的則需要不斷制造“霸權焦慮”來兜售恐慌。


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