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IBM向企業提供量子計算服務:量子計算究竟有何不同之處?

    新浪科技訊 北京時間3月7日消息,IBM近日宣布了一項新業務“IBM Q”,旨在向企業和科研單位提供一種商用化的量子計算平臺。

  1989年,IBM用35個氙原子拼寫公司名稱。最近,IBM成立了新的業務部,推動量子計算業務的發展。IBM花了35年時間研究,現在量子計算終于走向真實世界,向客戶推廣了。也許再過幾年,量子計算機就可以幫助亞馬遜加快送貨速度了。

  IBM量子計算部門CTO、副總裁斯科特·克勞德(Scott Crowder)表示:“從今年開始,我們會讓特定產業合作伙伴接入量子系統。”

  許多企業將賭注下在量子計算上。量子計算是一項突破性技術,它可以給計算帶來巨大進步。為什么今天的智能手表和上世紀的大型主機一樣強大?看看摩爾定律就知道了,在過去幾十年里芯片的進化與摩爾定律保持一致。現在一些計算機技術已經停滯不前,正因如此,2017年的筆記本并沒有比2010年的筆記本快多少。

IBM量子計算部門CTO、副總裁斯科特·克勞德IBM量子計算部門CTO、副總裁斯科特·克勞德

 

  克勞德稱:“摩爾定律難以為繼。”量子計算機只是傳統計算機的補充,而不是替代者。克勞德說:“有些問題傳統計算機無法解決,我們可以用量子計算機解決。”

  原子的行為和屬性比較特殊,量子計算機正是利用了這些特殊性,不過量子計算機相當復雜,就連物理學家也難以理解。大學和政府實驗室對量子計算機很感興趣,一些創業公司(比如Rigetti、D-Wave)積極研究,微軟英特爾谷歌的研發部門也參與進來。

  盡管如此,量子計算仍然處在發展初期,即使技術成熟了,也不要指望出會有量子iPhone出現。IBM量子計算機必須在極低的溫度下運行,到底有多低呢?與絕對零度相差只有幾分之一度,比外太空還要冷。只有溫度足夠低,內部的鈮和鋁組件才不會受到外部環境的影響。光是制冷就需要幾天時間。正因如此,客戶使用IBM量子計算機必須通過網絡進行,并不是將量子計算機買來放在桌子上,或者放進數據中心。

  用在化學和安全領域

  量子計算機到底能夠完成什么工作呢?早期階段,企業的主要任務是讓量子計算機有效運轉、可靠穩定。

  之后,量子計算機可以完成下面一些工作:

  ——量子化學工作,例如預測微粒是如何作用的,開發新藥物時可以用得上。

  ——物流項目,在假日購物旺季,量子計算機可以尋找最有效的方案,加快貨物運送速度。

  ——安全,在給定的時間段,有些數學問題用今天的主流方法無法解決,量子計算機可以,我們可以用量子物理構建新的安全方案。

IBM量子計算實驗室IBM量子計算實驗室

  量子計算尤其適合于化學領域。例如,工廠需要大量的能源制造肥料,成本高昂,用微小的細菌同樣可以制造,效率高得多。IBM實驗量子計算團隊管理人員杰瑞·周(Jerry Chow)說:“我們可以用量子計算機搞清反應是怎樣的。”他還說,有了量子計算機,研究人員可以從分子層面分析變化,以前采用的方法很笨拙,只能進行試錯實驗。

  IBM相信,量子計算機可以讓投資者更好地理解財務數據和風險。AI正在崛起,在某些情況下沒有太多的信息,計算機仍要根據信息做決策,有了量子計算,AI會變得更強大。

  量子計算的主要任務就是分析大量的可能性。例如,要破解密碼需要測試大量的數字,從中找到數字密鑰,破解專用數據,量子計算破解速度很快。

  不要太擔心,這種可能性仍然離現實有些遙遠。政府、企業正在開發新的量子驗證算法。

  不可思議的技術

  量子時代將為計算詞匯添加許多新術語,比如低溫隔離、約瑟夫遜結、退相干。在處理數據時,除了傳統計算的“與”“或”邏輯門,還有來自量子計算的哈達瑪(Hadamard)門、Pauli-X門。

  按照設計,量子計算機用“量子比特(qubits)”存儲數據。傳統計算機使用的是傳統比特,小型數據單元用0或者1記錄。1個量子位可以同時存儲0和1,通過量子疊加實現。

IBM制造的晶圓,其中每個芯片上都有5個量子比特IBM制造的晶圓,其中每個芯片上都有5個量子比特

  照此計算,1個量子位可以存儲兩種狀態的信息,也就是0和1;2個量子位就可以存儲4種狀態的信息,3個8種,4個16種。

  由于在相同的量子位中存儲了許多疊加數據,量子計算機可以用更快的速度尋找多種可能的解決方案,比傳統計算機快得多。

    盡管如此,在實際使用時仍然存在許多困難。例如,許多1或者0通過疊加在糾纏態量子位中存儲,當我們為某個計算問題尋找答案時,答案可能會隱藏在某些1和0的特定組合中。如果從量子位中讀取數據,所有量子位的狀態就會“塌縮”(collapse),變成一種1和0的集合,這種集合并不一定能給出正確的答案。所以問題很復雜。

  摸索前進

  要想搞清量子計算還要花很長的時間。正因如此,IBM、微軟、谷歌才會提供模擬量子計算機。2016年,IBM開通了一個名叫“Quantum Experience”的網站,讓外界試用5量子位計算機。

  克勞德稱,如果量子位超過30,筆記本電腦就無法模擬了。未來幾年,IBM Q量子計算機會擴大到50量子位。

  只有當企業在運營中使用量子計算,業務才會真正取得突破。克勞德說,量子位達到1000左右才能實現這一目標。讓量子位達到100萬,這是一個大門檻,當規模如此龐大時,量子計算機就可以克服錯誤問題。與傳統計算相比,錯誤對于量子計算的影響更大。

  克勞德稱:“在量子系統中容錯率更低,所以必須增加量子位,可能還要十多年才能解決。”(云外)

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