量子计算战争:一场国家实力和技术路线的双重对抗( 四 )
值得一提的是 , 以上每种类型都有各自的优点和缺点 , 现在比较哪种技术更好 , 还为时过早 。
“我们真的不知道哪种技术将成为构建大规模容错机器计划的正确技术 。一些公司有五年路线图 , 可以让他们拥有足够的量子位来做一些真正有意义的事情 。”来自分析机构 Moor Insights & Strategy 的 Smith Goodson 说:“在安装基数上 , IBM 拥有大量机器 , 它有超过 20 台的量子计算机 , 且没有人能与之匹敌 。它围绕着这些量子计算机建立了一个庞大的生态系统 , 很多大学与公司都与其进行合作 。”
到目前为止 , 超导量子位取得的进展最大 。在这一类别中 , D-Wave 公司通过使用量子退火(quantum annealing,一种解决优化问题的技术)获得了关注 。例如 , 如果你遇到一个组合型问题 , 量子退火系统可以从众多组合中搜寻到最佳的那一个——目前这些能力已经在某种程度上得以证明 。
大部分真正在量子计算机市场上活跃的 , 是超级计算量子比特 。Google、IBM、Intel、MIT、Rigetti、USTC 和许多其他公司都在这一领域开发产品 。
超导量子位围绕约瑟夫森结( Josephson junction)构建 , 约瑟夫森结又被称为超导隧道结 , 通常是由两个超导体构成 , 被一个非常薄的非超导电层隔开 , 在操作中 , 电子会配对并穿过约瑟夫森结 。
2014 年 , IBM 展示了一个 3 比特的设备;到今天 , IBM 出售的量子计算机已经达到 65 比特 。最新的量子计算报告显示 , 在超导领域 IBM 的整体量子比特数仍处于行业领先地位 。
而在非正式排名中 , 第一位由中国科学技术大学保持 , 有 66 个量子比特;IBM 紧随其后 , 拥有 65 个量子位 , 其次是谷歌 , 拥有 53 个量子位 , 英特尔(49)和 Rigetti(32) 。
当然 , 量子比特数并不是构建量子计算机的唯一要素, 还必须具有相对较长的相干时间(coherence times)和门控保真度(gate fidelities) 。“量子比特和量子处理器是量子硬件的核心部分 , ”IBM 的 Chow 说 。“要构建量子计算机或量子计算系统 , 我们不仅需要量子硬件 , 还需要控制电子设备、经典计算单元和运行量子计算程序的软件 。”
在这方面 , IBM 提供了 一种开源量子软件开发工具包 Qiskit 。“我们的目标是让开发者社区广泛参与并建设量子生态系统 , 将量子计算机作为用户研究和业务的基本工具 , ”Chow 说 。
业界同样需要具有数千个量子位的系统 , 虽然厂商们在这方面还有很长的路要走 , 但这个结果是可期的 。
2019 年 , 谷歌的 53 量子位处理器 Sycamore 在 200 秒内完成了一次计算任务 。谷歌声称 , 一台超级计算机完成同样的任务需要大约 10000 年的时间 。
紧接着 , 2021 年 6 月 , 中国科技大学发表了一篇关于 66 量子位超导量子处理器“祖冲之”的论文 。在计算中 , 中国科技大学使用了 56 个量子位 , 其执行任务的速度比谷歌的 53 量子位处理器快 2 到 3 倍 。
中国科技大学教授潘建伟在一篇论文中表示:“我们预计 , 这种大规模、高性能的量子处理器可以让我们在不久的将来能够在经典计算机之外寻求有价值的量子应用 。”
这些来自中国和其他地方的结果有待进一步讨论 。很多企业和机构不使用任何基准来报告他们的结果 , 包括能够表达量子计算机有效性的指标——量子体积 。
“这一切都不仅仅取决于量子比特 。我们不知道这些系统中有多少能正常工作 , 如果没有纠错功能以及没有明确的目标 , 你能添加你所用想要的量子比特 , 但它永远不会变得更强大 , ”来自 Moor Insights & Strategy 的 Smith Goodson 说 。
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