不亞于谷歌量子霸權(quán) 微軟的拓?fù)淞孔游患磳?shí)現(xiàn)
近日谷歌在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表了震驚科技圈的論文，聲稱他們的量子計算機(jī)“Sycamore”已經(jīng)取得了量子霸權(quán)（quantum supremacy），能在短短 3 分 20 秒內(nèi)完成一項(xiàng)驗(yàn)證大數(shù)字隨機(jī)性的任務(wù)。這意味著行業(yè)正朝著超強(qiáng)計算機(jī)邁出重要一步，也進(jìn)一步證明利用量子力學(xué)規(guī)則確實(shí)能夠解決當(dāng)前經(jīng)典計算機(jī)無法處理的復(fù)雜難題。
而在這場量子計算的巨頭競爭中，微軟另辟蹊徑，希望通過重新設(shè)計量子計算的核心元素--量子位（qubit）來突破現(xiàn)有的桎梏。事實(shí)上，微軟一直在研究名為“拓?fù)淞孔游?rdquo;（topological qubit）的技術(shù)，希望為量子計算機(jī)夯實(shí)基礎(chǔ)。微軟量子計算軟件部門總經(jīng)理 Krysta Svore 說，在花了五年時間弄清拓?fù)淞孔游坏膹?fù)雜硬件之后，公司幾乎準(zhǔn)備好使用它們。
本周四開幕的 IEEE International Conference on Rebooting Computing 大會上，Svore 表示：“我們已經(jīng)花費(fèi)了數(shù)年時間來開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，我堅信我們已經(jīng)非常接近實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”
在理論物理學(xué)家 Richard Feynman 提出量子計算概念的 50 多年后，量子理論正一步步走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。為駕馭規(guī)模化量子計算機(jī)而專門優(yōu)化的新的編程語言，讓開發(fā)者能夠編寫量子程序，在當(dāng)前的量子模擬器上調(diào)試，并能夠在未來真正的拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)上運(yùn)行，微軟開發(fā)了拓?fù)淞孔游弧?/p>
研究人員表示，量子計算最終將被用來解決全球社會面臨的最棘手的問題——從饑餓到氣候變化。Krysta Svore 表示：“量子計算機(jī)能夠?qū)ψ匀贿M(jìn)行建模，而通過經(jīng)典計算機(jī)，我們并不能真正了解這些流程。”專家認(rèn)為，拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)最早的用途之一就是幫助人工智能研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)，加快訓(xùn)練算法的勞動密集型流程。
多年來物理學(xué)家一直在談?wù)撻_發(fā)量子計算機(jī)的可能性，努力開發(fā)一個擁有足夠高精確度的有效量子位，以便在開發(fā)真正可行的量子計算機(jī)中發(fā)揮作用。對于那些僅使用最低精確度的物理量子位的研究人員來說，大約需要 1000 個物理量子位才能組成一個“邏輯”量子位，這種量子位非常可靠，足以用于任何真正有用的計算。
問題在于，量子位非常挑剔。即便是最輕微的擾亂，它們也會“散開”，用外行話來說，就是它們不再是可用于計算的物理狀態(tài)。因此微軟引入了拓?fù)淞孔游桓拍睿蛊涓臃€(wěn)定，且能提供更多固有的防錯能力。根據(jù)定義，物質(zhì)的拓?fù)錉顟B(tài)就是電子可被分解、并出現(xiàn)在系統(tǒng)不同地方的狀態(tài)。一旦電子被分解，就很難被干擾，因?yàn)槟惚仨毟淖兯写鎯υ诓煌胤降男畔ⅰ?/p>
Krysta Svore，在微軟負(fù)責(zé)基于量子計算機(jī)及量子模擬器運(yùn)行的軟件開發(fā)工作。
為了創(chuàng)建完整的計算平臺基礎(chǔ)設(shè)施，微軟還同步開發(fā)用于拓?fù)淞孔佑嬎愕臉?gòu)建塊、軟件和編程語言。即使拓?fù)淞孔游活A(yù)計比一般的量子位更強(qiáng)健，但它還是相當(dāng)脆弱。保護(hù)它免受外界干擾的唯一方法就是把它放在非常非常寒冷的地方。
微軟量子計算部門架構(gòu)師 Douglas Carmean 帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)一個讓量子位能夠在近乎絕對零度（或 30 毫開爾文）條件下運(yùn)行的系統(tǒng)架構(gòu)。這是地球上最寒冷的地方，甚至比宇宙深空還要寒冷，但它能讓在室溫中工作的人和計算機(jī)進(jìn)行通信。
Svore 說，微軟拓?fù)淞孔游坏闹饕獌?yōu)點(diǎn)是制作一個邏輯量子位所需的物理量子位更少。她說：“我們相信這會大大減少管理費(fèi)用。”這意味著量子計算機(jī)將以更少的量子位運(yùn)行，且運(yùn)行效果更佳。
作為比較，谷歌的 Sycamore 量子計算芯片使用了 53 個物理量子位。而真正嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧孔佑嬎闳蝿?wù)中，研究人員希望達(dá)到至少 100 萬量子位水平。不過擺在微軟面前的難題是尚不可用。要真正投入使用還需要一段時間的繼續(xù)開發(fā)。
