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阿里芯片两三年就要面世,关于量子计算的干货都在这

阿里芯片两三年就要面世,关于量子计算的干货都在这

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9月19日,阿里巴巴首席技术官张建锋在云栖大会透露:

明年4月份,阿里将推出第一个神经网络芯片;

达摩院首次在全球模拟了81比特的随机量子电路,并建立了量子实验室,

预计两三年内做出量子芯片。

Wind注意到,目前见诸媒体的消息,比特数最高的量子计算机是谷歌3月份发布的Bristlecone,其有72个量子比特。阿里张建锋上述表态若真能成为现实,将是量子计算领域石破天惊的事件。

无独有偶,16日美国国会通过一项法案支持量子计算机发展。量子技术可能会让美国军方的隐形技术变得过时,军事加密也变得困难。阿里云首席量子科学家施尧耘曾表示:量子计算还没有出现的时候,影响就已经真实发生了。美国的国家标准局已在收集所谓的“后量子加密”协议,筹划量子计算机也无法攻破的密码学。

最强大的计算能力

所谓量子,是物质最小的不可分割的基本单位。1981年时,诺贝尔奖获得者理查德•费曼首次提出量子计算机的概念。

在经典计算机里,存储的信息单位是比特(bit),比特使用二进制,也就是说一个比特表示的不是“0”就是“1”。

在量子计算机里,情况会变得完全不同,量子计算机的信息单位是量子比特(qubit),量子比特可以表示“0”,也可以表示“1”,甚至还可以是“1”和“0”的叠加状态,即同时等于“0”和“1”,而这种状态在被观察时,会坍塌成为“0”或是“1”,也就变成了确定的值。

通俗来说,经典计算机用晶体管存储数据,量子计算机用“原子”存储数据。

理论上,2个量子比特的量子计算机每一步可以做到2的2次方,4次运算,以此类推,50量子比特的运算速度(2的50次方=1125亿亿次)将秒杀超级计算机(我国最强的超级计算机是神威•太湖之光,运算速度是每秒9.3亿亿次)。

量子计算目前主要应用于复杂的大规模数据处理与计算难题,以及基于量子加密的网络安全服务,随着人工智能对计算能力的需求不断提升,量子计算提供了一种从根本上增强计算能力的思路,其核心优势是可以进行高速并行计算。同时,量子计算机可以完美地解决传统计算机模拟量子系统时遇到的海量存储和指数时间问题,是进行高效量子模拟的天然选择。

巨头强攻“量子霸权”

正因量子计算机有很多经典计算机所无法比拟的优点,目前世界多国政府,强势商业集团如谷歌、IBM、英特尔等科技巨头都已纷纷入局,抢夺高地。而这其中,“50量子比特”成为一个重要门槛,被称为“量子霸权”。

谷歌是最早进军量子计算机的公司之一,在2015年,谷歌约翰•马丁尼团队联合NASA和加州大学圣芭芭拉分校宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵;今年3月,谷歌重磅宣布推出一款72个量子比特的最新量子计算器Bristlecone,实现了1%的低错误率,与9个量子比特的量子计算机持平。参与这一工作的谷歌工程师表示非常乐观,认为如果一切运作良好,量子霸权可以在几个月内实现。

IBM目前已推出了20量子比特的云量子计算机。

18年5月,微软副总裁、量子计算部门的负责人ToddHolmdahl在Build2018大会向外界透露了微软量子计算的一些最新进展,微软能够在五年内造出第一台拥有100个拓扑量子位的量子计算机,并且将其整合到Azure当中。而100个拓扑量子位的计算能力,最高可以相当于1000个逻辑量子位。

BAT纷纷入局

国内的互联网巨头,目前已经全部加入量子计算的竞争中。

2015年的时候,中科院宣布与阿里巴巴旗下阿里云共同成立量子计算实验室,并于2017年5月宣布造出第一台光量子计算机。中科院和阿里的这个光量子计算机,实现的是10量子比特。2017年10月,世界知名量子计算科学家、密西根大学终身教授施尧耘入职阿里巴巴担任首席量子科学家;

2017年12月由腾讯SNG主办的TSAIC大会上,香港中文大学计算机系任副教授张胜誉正式以腾讯量子实验室负责人、杰出科学家的身份现身并发表演讲。这也是腾讯量子实验室的首度发声。

2018年3月8日,百度宣布成立量子计算研究所,悉尼科技大学量子软件和信息中心创办主任段润尧教授出任百度量子计算研究所所长。

量子计算机+云 探索应用已展开

值得注意的是,量子计算机与经典计算机类似,生态圈的打造至关重要,并非仅仅在硬件领域突破就能够一劳永逸。

目前,各量子计算研发尖兵,十分注重量子计算生态圈的打造。量子计算机以云的方式输出算力已经是流行的做法。一方面,它方便吸引用户打造生态圈,另一方面,这种方式也可能是将来主要应用模式,量子计算机在早期即便商业化,也不可能像经典计算机一样大批量制造。

IBM在2017年推出了量子计算服务IBMQ系统(20量子比特量子计算云服务),提供给用户试用;除了IBM,微软也在2017年12月推出了自己的量子计算机开发包(QuantumDevelopmentKit),可以让用户在其开放平台上,用专用量子计算机编程语言Q#进行编程。

业界认为,量子计算的改变是彻底的改变,量子计算一旦落地,将从根本上重新定义计算这件事,每一个算法都可能要重写。

阿里量子计算首席科学家施尧耘在接受其他媒体采访时表示,人们会集中于关心多少比特,但是还不够,软件、应用都是量子计算能健康发展非常重要的问题。

量子计算难在哪里

对于量子计算机的设计,目前主要有离子阱、线性光学系统、超导体系、半导体等不同的系统。但目前都仅仅是实验室技术,且量子比特数量不高,离真正完整的量子计算机还有很大距离。

量子计算机计算能力惊人,但是量子计算机也存在致命的缺点,主要有两点,这也是量子计算机一直发展缓慢的主要原因,第一是非常不稳定,需要低温运行,第二是精度差,错误率高。

量子是微观粒子,哪怕极其微小的电磁场都会对量子构成干扰,产生所谓“局部噪音”。这也就是为什么量子计算机要放在接近绝对零度(约-273摄氏度)的容器里,严严实实地封闭起来,对外界干扰严防死守。尽管如此,当量子位数量迅速增加的时候,这一团基本粒子对于外界的干扰会越来越敏感,导致计算错误率剧增。