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IBM向企业提供量子计算服务:量子计算究竟有何不同之处?

新浪科技  |  2017年03月07日
北京时间3月7日消息,IBM近日宣布了一项新业务“IBM Q”,旨在向企业和科研单位提供一种商用化的量子计算平台。

  北京时间3月7日消息,IBM近日宣布了一项新业务“IBM Q”,旨在向企业和科研单位提供一种商用化的量子计算平台。

  1989年,IBM用35个氙原子拼写公司名称。最近,IBM成立了新的业务部,推动量子计算业务的发展。IBM花了35年时间研究,现在量子计算终于走向真实世界,向客户推广了。也许再过几年,量子计算机就可以帮助亚马逊加快送货速度了。

  IBM量子计算部门CTO、副总裁斯科特·克劳德(Scott Crowder)表示:“从今年开始,我们会让特定产业合作伙伴接入量子系统。”

  许多企业将赌注下在量子计算上。量子计算是一项突破性技术,它可以给计算带来巨大进步。为什么今天的智能手表和上世纪的大型主机一样强大?看看摩尔定律就知道了,在过去几十年里芯片的进化与摩尔定律保持一致。现在一些计算机技术已经停滞不前,正因如此,2017年的笔记本并没有比2010年的笔记本快多少。

IBM量子计算部门CTO、副总裁斯科特·克劳德

  克劳德称:“摩尔定律难以为继。”量子计算机只是传统计算机的补充,而不是替代者。克劳德说:“有些问题传统计算机无法解决,我们可以用量子计算机解决。”

  原子的行为和属性比较特殊,量子计算机正是利用了这些特殊性,不过量子计算机相当复杂,就连物理学家也难以理解。大学和政府实验室对量子计算机很感兴趣,一些创业公司(比如Rigetti、D-Wave)积极研究,微软、英特尔、谷歌的研发部门也参与进来。

  尽管如此,量子计算仍然处在发展初期,即使技术成熟了,也不要指望出会有量子iPhone出现。IBM量子计算机必须在极低的温度下运行,到底有多低呢?与绝对零度相差只有几分之一度,比外太空还要冷。只有温度足够低,内部的铌和铝组件才不会受到外部环境的影响。光是制冷就需要几天时间。正因如此,客户使用IBM量子计算机必须通过网络进行,并不是将量子计算机买来放在桌子上,或者放进数据中心。

  用在化学和安全领域

  量子计算机到底能够完成什么工作呢?早期阶段,企业的主要任务是让量子计算机有效运转、可靠稳定。

  之后,量子计算机可以完成下面一些工作:

  ——量子化学工作,例如预测微粒是如何作用的,开发新药物时可以用得上。

  ——物流项目,在假日购物旺季,量子计算机可以寻找最有效的方案,加快货物运送速度。

  ——安全,在给定的时间段,有些数学问题用今天的主流方法无法解决,量子计算机可以,我们可以用量子物理构建新的安全方案。

IBM量子计算实验室

  量子计算尤其适合于化学领域。例如,工厂需要大量的能源制造肥料,成本高昂,用微小的细菌同样可以制造,效率高得多。IBM实验量子计算团队管理人员杰瑞·周(Jerry Chow)说:“我们可以用量子计算机搞清反应是怎样的。”他还说,有了量子计算机,研究人员可以从分子层面分析变化,以前采用的方法很笨拙,只能进行试错实验。

  IBM相信,量子计算机可以让投资者更好地理解财务数据和风险。AI正在崛起,在某些情况下没有太多的信息,计算机仍要根据信息做决策,有了量子计算,AI会变得更强大。

  量子计算的主要任务就是分析大量的可能性。例如,要破解密码需要测试大量的数字,从中找到数字密钥,破解专用数据,量子计算破解速度很快。

  不要太担心,这种可能性仍然离现实有些遥远。政府、企业正在开发新的量子验证算法。

  不可思议的技术

  量子时代将为计算词汇添加许多新术语,比如低温隔离、约瑟夫逊结、退相干。在处理数据时,除了传统计算的“与”“或”逻辑门,还有来自量子计算的哈达玛(Hadamard)门、Pauli-X门。

  按照设计,量子计算机用“量子比特(qubits)”存储数据。传统计算机使用的是传统比特,小型数据单元用0或者1记录。1个量子位可以同时存储0和1,通过量子叠加实现。

IBM制造的晶圆,其中每个芯片上都有5个量子比特

  照此计算,1个量子位可以存储两种状态的信息,也就是0和1;2个量子位就可以存储4种状态的信息,3个8种,4个16种。

  由于在相同的量子位中存储了许多叠加数据,量子计算机可以用更快的速度寻找多种可能的解决方案,比传统计算机快得多。

  尽管如此,在实际使用时仍然存在许多困难。例如,许多1或者0通过叠加在纠缠态量子位中存储,当我们为某个计算问题寻找答案时,答案可能会隐藏在某些1和0的特定组合中。如果从量子位中读取数据,所有量子位的状态就会“塌缩”(collapse),变成一种1和0的集合,这种集合并不一定能给出正确的答案。所以问题很复杂。

  摸索前进

  要想搞清量子计算还要花很长的时间。正因如此,IBM、微软、谷歌才会提供模拟量子计算机。2016年,IBM开通了一个名叫“Quantum Experience”的网站,让外界试用5量子位计算机。

  克劳德称,如果量子位超过30,笔记本电脑就无法模拟了。未来几年,IBM Q量子计算机会扩大到50量子位。

  只有当企业在运营中使用量子计算,业务才会真正取得突破。克劳德说,量子位达到1000左右才能实现这一目标。让量子位达到100万,这是一个大门槛,当规模如此庞大时,量子计算机就可以克服错误问题。与传统计算相比,错误对于量子计算的影响更大。

  克劳德称:“在量子系统中容错率更低,所以必须增加量子位,可能还要十多年才能解决。”

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作者:云外

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