量子計算：瘋狂賽道上四大巨頭如何應戰

麥柯

近日，在AWS re：Invent全球大會上，亞馬遜官宣AWS三箭齊發量子計算組合拳：Braket、AWS量子計算中心和量子解決方案實驗室。

隨著亞馬遜的強勢入局，加上此前鼓吹量子霸權的谷歌、起步最早的IBM、暗自發力的微軟，這場關于量子計算的巨人戰爭正式打響。

從最近的情況看，亞馬遜的切入點還是比較務實的。因為量子計算還是處于初級階段。因此，企業級應用尚未形成，而亞馬遜希望借助Braket幫企業客戶開始學習和試驗量子計算，通過比較不同量子技術的開發、仿真和測試環境，評估適合自身發展的演化路徑。

長期以來，AWS提供著從磁盤存儲到衛星控制天線等 160多種服務，這次亞馬遜選擇了非自建而是將量子計算機訪問放入其云服務的范圍，讓客戶通過AWS就可以訪問合作伙伴的量子計算系統。

目前，亞馬遜的合作伙伴展示了三種不同的量子處理器方案，它們是基于量子比特（qubit）設備構建的，量子比特將數據編碼成量子力學效應。亞馬遜表示，該服務預計2020年向所有企業客戶推出。

亞馬遜進軍量子計算，迅速得到了合作伙伴的積極反饋。波音公司表示，正在從基礎材料、系統優化、安全通信等方面切入量子計算研究，希望借助顛覆性的量子計算、傳感和網絡技術，解決航空航天行業遇到的挑戰，提升產品和服務。因此，在發展的過程中，特別期待與AWS協作。

應該說，從一開始，亞馬遜就在搭建產學研一條龍服務。

其把“AWS量子計算中心”實驗室建在加州理工旁邊，一邊是高校，一邊是企業，亞馬遜的橋梁紐帶作用定位明確，并且著力打造量子解決方案實驗室，將計劃把研討會與頭腦風暴相結合，幫助客戶從業務挑戰倒推，逐步地、有效地使用量子計算機，進而開始開發自己的量子計算策略，建立內部的專業知識，最終部署量子應用。

作為入局的新人，亞馬遜量子計算的“三駕馬車”布局算是合理，顯然經過了深思熟慮。

這時回頭看看其他三強的表現，我們或許可以一窺量子領域的現狀。AWS副總裁比爾瓦斯表示，亞馬遜開展量子計算研究大概四年時間，而其他三強（微軟、IBM、谷歌）都在八年以上。微軟則聲明自家的技術將更具實用性。

大概是2016年開始，IBM就已經提供了訪問其量子硬件的網絡渠道，谷歌也宣布不久后將開啟類似服務。上述兩強在原型量子處理器方面的研究處于前沿地位。

在云計算領域，亞馬遜和微軟兩家占據主導地位。兩家公司去年總共占據了云市場的60%，而亞馬遜的份額遙遙領先于微軟。不過，近期微軟剛剛從美國國防部手里搶到了100億美元云計算大單，這令亞馬遜非常惱火。

而就在上個月的Ignite 2019上，微軟發布了Azure Quantum量子服務，其中包括量子解決方案、量子軟件和量子硬件。

微軟正在與1QBit、霍尼韋爾、IonQ和QCI合作，提供各種量子解決方案、軟件和硬件。微軟量子網絡成員將與微軟合作，以學習、研究和啟動量子計算應用程序和硬件，并可以訪問量子開發套件，成員還享有訪問量子開發工具包、重要研究和專家、獨家訪問Azure服務以及參加量子編程和算法開發研討會的權利。

與谷歌的“量子霸權”不同，微軟花數年研究名為“拓撲量子位”（topological qubit）的技術，希望為量子計算機夯實基礎。結果，微軟在量子計算上的搶跑，刺激了亞馬遜，后者立刻表態迎戰。正因為亞馬遜和微軟都沒有自己的量子硬件，反而確定了他們獨立第三方的靈活運行模式。不過，從長遠角度說，亞馬遜還是會推出自己的量子處理器。

說起谷歌，其憑在《Nature》關于“量子霸權”的文章，量子計算200秒=地球最強超算1萬年，震驚了世界。對此，谷歌CEO 桑達·皮猜回顧道：2006年，谷歌科學家Hartmut Neven開始研究用量子計算為機器學習加速，并催生了谷歌AI量子團隊。

2014年，美國物理學會院士約翰·馬迪尼斯加入了谷歌，擔任谷歌量子硬件首席科學家，領導構建量子計算機的工作。

2016年，量子計算理論首席科學家Sergio Boixo在Nature Communications上發表了相關論文，最終聚焦到了量子霸權的計算任務上來。

2018年10月，因為加州大火，谷歌圣克拉拉實驗室被迫關閉，一眾被休假的科學家，反而在量子霸權上實現了思維躍遷。

另據《金融時報》報道，谷歌去年跟NASA立下flag：今年實現量子霸權，讓53位的量子計算機的算力秒殺傳統計算機。

按照約定，雙方2019年初在NASA最強的超級計算機Pleiades上對運行仿真所需的軟件進行編碼，并在今年7月，比較量子電路仿真和谷歌量子計算機硬件的結果。

雖然，谷歌和NASA一直持樂觀態度，但業界并不看好。阿里巴巴數據基礎設施和搜索技術部門認為要實現量子霸權可能需要錯誤率更低的量子芯片。

南加州大學量子信息科學與技術中心主任丹尼爾里達認在接受《MIT科技評論》采訪時稱，量子霸權似乎還需要其他方式抑制錯誤。

雖然同行眾說紛紜，但是如果評論通過，就可以彈冠相慶。此前，NASA官網曾爆料草稿烏龍事件，但最后論文登上《Nature》，似乎宣告了量子計算的新時代。

但是冷眼旁觀的IBM坐不住了，直接發文怒懟谷歌“誤導大眾”。藍色巨人認為，谷歌的量子霸權說法是有缺陷的。因為其是在并沒有充分利用超級計算機的全部能力的情況下進行競爭的。

IBM認為，谷歌調整了baseline，并涉及證明一組數字是否隨機分布。論文中所謂量子計算機的處理器Sycamore（梧桐）只需200秒就解決了超算需要1萬年的問題（相當于18億倍）。

而實際上，安裝在橡樹嶺國家實驗室的最先進的200-petaflop IBM超級計算機可以在兩天半解決戰斗，雖然沒有谷歌快，但差距沒有一萬年那么久。所以，IBM認為谷歌的量子霸權純粹是在忽悠。

對此，谷歌表示不予置評。

200秒與2.5天，相差1080倍。這成功引起了業界乃至公眾對于量子霸權的興趣。

但在媒體吹爆谷歌里程碑意義的同時，也必須看到，響應國家號召的谷歌、IBM、微軟、亞馬遜等科技巨頭紛紛加入戰局。最近研究顯示，風投已經向探索量子計算的初創企業投資了超過4.5億美元。

當量子計算成為美國的國家戰略，那么未來的全球競爭將會是業界新的主線。這是因為量子計算在速度和功率方面有望比現有最大超級計算機還要高出多個數量級。因此，美國、歐盟和中國都在激烈爭奪這個高科技“必殺技”。

可是，美國政府并不樂意把這一切交給隨心所欲的企業去做。至少，聯邦政府正在實施兩項計劃，精簡和協調量子計算及其他與量子相關的私人與公立研究項目。這些計劃旨在制定國家戰略，確保美國維護技術領域的霸主地位。

中國也在量子領域不斷尋求突破。按照中國的“十三五”規劃綱要的要求，量子計算機已被列入科技創新2030重大項目。其中，中國在國家級量子實驗室上投入了4億美元，近年來獲得的量子技術專利幾乎是美國的兩倍。

不得不說，量子計算正在成為兵家必爭之地。然而，比起傳統的圖靈機、馮諾伊曼架構以及經典計算，量子力學中的量子糾纏曾經讓愛因斯坦發出“鬼魅般的超距作用”的慨嘆。

而當加速旋轉的量子比特登堂入室，成為龐然大物——量子計算機，人類也見證了量子計算快到極致、加密破譯的瘋狂。

或許量子霸權的意義大于內容，在解決容錯、糾錯等噪聲難題上任重道遠，但是它讓業界進入了一片新天地。