文／張佳星

一只薛定諤的貓（量子態(tài)的描述試驗(yàn)），有望解決信息技術(shù)領(lǐng)域目前面臨的算力不足的問(wèn)題。

在日前召開(kāi)的中國(guó)科協(xié)年會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉指出，經(jīng)過(guò)百余年的發(fā)展歷程，量子力學(xué)已經(jīng)為解決目前遇到的一些問(wèn)題做好了技術(shù)上的儲(chǔ)備。以量子計(jì)算為例，其算力隨著粒子數(shù)目的增加呈指數(shù)增長(zhǎng)。

從2017年IBM推出首個(gè)商業(yè)通用量子計(jì)算機(jī)以來(lái)，量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)相研發(fā)已經(jīng)初見(jiàn)成果。今年5月，潘建偉院士團(tuán)隊(duì)成功研制了目前國(guó)際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)量最多的量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，操縱的超導(dǎo)量子比特達(dá)到62個(gè)，7月，東京大學(xué)與IBM合作的商用量子計(jì)算機(jī)在日本首次應(yīng)用于材料開(kāi)發(fā)和金融研究。

量子計(jì)算機(jī)研發(fā)了這么久，會(huì)以什么樣的形式普及應(yīng)用？哪些領(lǐng)域會(huì)首先應(yīng)用上量子計(jì)算呢？

量子計(jì)算機(jī)還太貴，搬不回家

現(xiàn)在的量子計(jì)算機(jī)仍舊造價(jià)非常昂貴，與電子計(jì)算機(jī)的樣子大相徑庭。

大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)需要特別的低溫設(shè)備，需要液氮或者液氦，維持接近絕對(duì)零度的溫度，以確保量子比特的穩(wěn)定性。

為了降低成本，不少科學(xué)家在提高運(yùn)行溫度上下工夫，例如去年《自然》就層上線過(guò)一篇論文，澳大利亞團(tuán)隊(duì)與加拿大、芬蘭和日本的合作者一起報(bào)告了一種經(jīng)過(guò)概念驗(yàn)證的量子處理器單元，該單元的運(yùn)行溫度是1.5開(kāi)爾文，這個(gè)溫度是Google、IBM等公司使用超導(dǎo)量子比特芯片的運(yùn)行溫度（0.1開(kāi)爾文）的15倍。

但目前而言，一段時(shí)間以內(nèi)量子計(jì)算機(jī)仍然造價(jià)昂貴，很難以“誰(shuí)使用誰(shuí)擁有”的形式提供服務(wù)。

“客戶使用量子計(jì)算技術(shù)最佳的方式是通過(guò)云服務(wù)來(lái)獲得，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)本身是非常先進(jìn)復(fù)雜并且昂貴的系統(tǒng)?！眮嗰R遜云科技Amazon Braket總經(jīng)理理查德·摩斯在接受包括科技日?qǐng)?bào)在內(nèi)的媒體采訪時(shí)表示，自營(yíng)的數(shù)據(jù)中心去打造昂貴的量子計(jì)算機(jī)，目前而言是不現(xiàn)實(shí)的。

量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用將采取“不擁有但為我所用”的模式，即云服務(wù)模式。

為了推進(jìn)量子計(jì)算技術(shù)，亞馬遜云科技推出量子計(jì)算云服務(wù)Amazon Braket，科學(xué)家、研究人員和開(kāi)發(fā)者能夠通過(guò)該服務(wù)開(kāi)始試驗(yàn)來(lái)自量子硬件提供商（包括D-Wave、IonQ和Rigetti）的量子計(jì)算的硬件。此外，亞馬遜云科技還成立了量子計(jì)算中心和量子解決方案實(shí)驗(yàn)室，加速開(kāi)發(fā)量子計(jì)算技術(shù)和應(yīng)用。

“把量子計(jì)算作為一種云服務(wù)來(lái)使用，意味著其所使用的工具，比如說(shuō)安全控制、訪問(wèn)、資源管理、通知等的傳統(tǒng)的云服務(wù)應(yīng)該是一樣的?！崩聿榈陆忉?zhuān)虼嗽诂F(xiàn)有云服務(wù)相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，還需要針對(duì)量子計(jì)算的硬件、應(yīng)用、遷移等核心技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

量子計(jì)算要普及，還要錘煉技術(shù)和人才

截至目前，量子計(jì)算機(jī)對(duì)于科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)院所這些科技研發(fā)的最前沿還是比較陌生的。讓他們對(duì)量子計(jì)算機(jī)熟悉起來(lái)，是普及應(yīng)用的前提。

當(dāng)下的量子計(jì)算機(jī)的制造有著不同的技術(shù)路線，不同技術(shù)路線的量子計(jì)算機(jī)擁有不同的特點(diǎn)、帶來(lái)不同的性能和水平也是不同的。

以三種不同類(lèi)型的商用量子計(jì)算機(jī)為例，第一個(gè)是D-Wave公司的量子計(jì)算機(jī)，聚焦于完成特定優(yōu)化任務(wù)。第二個(gè)是IonQ的量子計(jì)算機(jī)，該技術(shù)路線使用懸浮在真空中的鐿原子將捕獲的離子用于其量子位，用激光束完成處理。第三個(gè)是Rigetti的量子計(jì)算機(jī)（IBM，英特爾均采用該技術(shù)路線），以固態(tài)量子處理器為特點(diǎn)，要求將芯片冷卻到接近絕對(duì)零度，并采用積極的糾錯(cuò)技術(shù)來(lái)保持量子位的正常運(yùn)行。

哪個(gè)更好用，或者那個(gè)技術(shù)路線針對(duì)某一特定問(wèn)題更勝一籌要用了才知道。理查德介紹，亞馬遜云科技提供的服務(wù)是讓客戶無(wú)需繁雜選擇，直接拿到這個(gè)市面上三種不同類(lèi)型的量子計(jì)算機(jī)自己去用，通過(guò)實(shí)際的體驗(yàn)、上手的體驗(yàn)去驗(yàn)證未來(lái)如果要用量子計(jì)算的話，應(yīng)該選擇什么樣的技術(shù)，或者打造一個(gè)什么樣的量子系統(tǒng)。

此外，培育量子計(jì)算方面的開(kāi)發(fā)人員也非常重要。一方面，需要硬件方面的開(kāi)發(fā)人才，即量子計(jì)算機(jī)建設(shè)的人才。另一方面是量子計(jì)算應(yīng)用類(lèi)的人才，例如機(jī)器學(xué)習(xí)和量子計(jì)算的跨領(lǐng)域交叉人才等，都需要在真正的系統(tǒng)中磨練、結(jié)合。

“實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)、教育機(jī)構(gòu)、大學(xué)等都表示要開(kāi)量子計(jì)算的學(xué)科，因?yàn)樗麄冃枰谶@方面進(jìn)行大量人才的儲(chǔ)備?！崩聿榈卤硎?，因此需要量子計(jì)算服務(wù)來(lái)掌握如何去研發(fā)、建構(gòu)量子計(jì)算機(jī)，以及開(kāi)發(fā)配套的糾錯(cuò)系統(tǒng)。相關(guān)服務(wù)為開(kāi)發(fā)人員預(yù)開(kāi)發(fā)好現(xiàn)成的量子計(jì)算算法，并提供不同類(lèi)型的仿真模擬器，很多開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)發(fā)出他們的算法之后，測(cè)試其實(shí)不是在真的計(jì)算機(jī)上去測(cè)試的，而是在這些模擬器上進(jìn)行測(cè)試。

量子計(jì)算已經(jīng)在為人類(lèi)服務(wù)的路上

有報(bào)道稱，首個(gè)商用量子計(jì)算機(jī)公司D-Wave去年為新冠病毒研究人員提供免費(fèi)的量子云計(jì)算服務(wù)?！傲孔佑?jì)算可以在分子級(jí)別更好的進(jìn)行現(xiàn)實(shí)世界的物質(zhì)模擬，物質(zhì)的本質(zhì)是分子之間的互動(dòng)，量子計(jì)算機(jī)在模擬這種互動(dòng)方面有著巨大算力優(yōu)勢(shì)?！崩聿榈路治?，比如新藥的開(kāi)發(fā)、細(xì)胞級(jí)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、新材料的研發(fā)等都是量子計(jì)算機(jī)發(fā)力的領(lǐng)域。

日前，寶馬集團(tuán)與亞馬遜云科技合作發(fā)起一項(xiàng)量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽，來(lái)自全球量子計(jì)算領(lǐng)域的研究人員、初創(chuàng)企業(yè)和先鋒公司都可以向該挑戰(zhàn)賽提出特定工業(yè)挑戰(zhàn)的解決方案，并在真正的量子計(jì)算技術(shù)上測(cè)試其解決方案。

亞馬遜云科技工程副總裁比爾·瓦什表示：“推動(dòng)量子計(jì)算領(lǐng)域的前沿研究并幫助企業(yè)為量子未來(lái)做好準(zhǔn)備，這是我們推出量子計(jì)算云服務(wù)并在量子解決方案實(shí)驗(yàn)室建立專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)的原因。量子計(jì)算尚處于早期階段，但其長(zhǎng)期影響有望對(duì)許多行業(yè)產(chǎn)生變革性影響。”

相關(guān)專(zhuān)家也表示，量子計(jì)算還是處于非常不成熟的階段，目前量子計(jì)算機(jī)還處于實(shí)現(xiàn)單任務(wù)分析或單純計(jì)算任務(wù)的解決方面。未來(lái)，量子計(jì)算技術(shù)仍需要突破如何糾錯(cuò)和如何把系統(tǒng)做大這兩個(gè)領(lǐng)域，才能有更進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。