量子计算迎来新一轮热潮,落地指日可待

2018年11月8日 18:42
來源:香港奇点财经Singularity Financial

前言:20世纪70年代首次提出的量子计算被认为是数字革命的下一波浪潮,它的性能远远超出传统计算机,给计算性能带来指数级的提升。近几年,研究实验室,政府机构(NASA)以及微软,IBM和谷歌等科技巨头开始致力于开发量子计算机。与此同时,不断发展的初创量子计算生态系统正在吸引数亿美元的投资者资金。对此,美国市场研究公司Forrester表示这是一个新兴市场,媒体热度在快速提升,进入这个领域的投资者数量稳定增长。

一、科技巨头逐鹿量子计算研发领域

(1)量子计算能做什么?

量子计算在增大信息容量、提高运算速度、确保信息安全等方面将突破现有传统信息系统的极限,有助于人类解决清洁能源,全球变暖,材料设计等领域的问题。

首先,量子计算可以帮助提升网络安全性。虽然对因子分解大数的快速计算能力可能会瓦解公开密钥 RSA体系,但也意味着如果用于保护系统将带来更高的安全性,使系统免受恶意攻击。

供应链管理者可以使用量子计算来收集价格信息并根据供需的波动(精确到每分钟)来调整策略。

机器人技术工程师可以通过这个技术确认最佳参数用于深度学习模型,这些模型能够帮助机器人理解人类的语言,并做出正确回应。

量子计算可用于发现革命性的有机材料或小分子,并用于在PB级数据的研究。材料和生命科学垂直领域的许多公司将为此受益,特别是那些受限于昂贵和稀有材料的电动汽车电池公司,通过这项技术可以制造更具成本效益的产品。

(2)谷歌、微软、IBM等科技巨头致力于通用量子计算机的研发

目前市场上还没有出现像今天的经典计算机一样能进行编程解决几乎所有问题的可扩展通用量子计算机。IBM和微软等科技巨头的目标在于开发这样一款可拓展的超级量子计算机,并已在这个领域上取得一定的进展。据奇点财经了解,谷歌已推出了拥有72个量子比特的量子计算芯片“Bristlecone” 。 IBM去年宣布已开发出一款具有50量子比特的处理器。微软也计划在五年内推出100量子比特的计算芯片。

量子计算在增大信息容量、提高运算速度、确保信息安全等方面将突破现有传统信息系统的极限,但是目前大部分的量子计算机都是特定算法的专用量子计算机,这些算法使用小规模量子逻辑来解决特定领域的问题,当量子计算机的范围扩展到适用于所有问题时将会面临许多技障碍。因此,当IBM和微软宣布开始研发通用量子计算机时,美国市场研究公司Forrester表示这项工作非常困难,将面临例如扩展硬件,纠错和改善一致性时间的问题。

各个科技巨头科技巨头都瞄准了量子计算这个极具未来价值的新兴科技领域,从不同角度纷纷开展自己的研究。谷歌的是拥有目前最顶尖芯片Bristlecone,为量子模拟、优化和机器学习的应用提供了一个实验平台。此外,IBM的量子系统Quantum Experience也允许任何人、企业、大学等编写和提交自己的量子应用程序或实验,以便在IBM的量子计算设备上运行。

与谷歌,IBM不同的是,微软并未推出量子比特芯片,它的研究方向在于为量子计算机设计新的编程语言并在量子模拟器上进行测试。微软组建了一个由量子物理学,数学,计算机科学和工程领域的一些最优秀人才的团队致力于量子计算的研究,还与包括大学和政府在内的各种利益相关方合作,计划在五年内造出一台可扩展的超级计算机。微软量子计算首席研究经理Krysta Svore在此前接受采访时表示“我们规划了五年计划用于发明量子计算机,当下的目标是找到大约100-200个具有低错误率的良好量子比特。”

此外,一贯处于技术前沿的学院派也参与其中。墨尔本大学致力于开发量子计算编程系统QUI,并开设量子计算机编程课程,帮助学生学会使用量子数据并编写程序。墨尔本大学教授Hollenberg表示,“QUI的更多版本现在正在开发中,我们正致力于改进和增加系统功能,这不仅可以增强用户体验,还可以在教学和研究中更广泛地使用该系统。”

二、量子计算的商业应用与技术研发并行

据悉,大众汽车集团与谷歌、量子计算公司D-Wave合作,在量子计算机方面的工作取得一定进展。大众汽车的专家首次成功地使用量子计算机开发出交通管理系统,该系统将通过精确计算协调城市交通量,交通需求和出行时间,取代传统的预测法。因此,公共交通组织,出租车公司和运输服务提供商将能够更有效地分配车队资源,最大限度地减少乘客的等待时间。

大众汽车看到了使用尖端计算技术在公司内部构建新应用程序和业务模型的巨大潜力,利用量子计算机远超传统计算机的计算能力,将重点放在了流量优化这一大方向上。流量优化是目前量子计算商业应用的可行方向,大众汽车开发出的交通管理系统将抢得一定先机。

对此,大众汽车公司旧金山CODE实验室的首席科学家Florian Neukart表示:“大众汽车正结合行业开展量子计算机的落地研究,探索专业性的策略。我们希望深入了解这项技术的应用,这项技术将对流量优化产生积极推进作用。大城市的公共交通组织和出租车公司对高效管理车队非常感兴趣。我们的量子交通管理系统可以帮助他们实现这一目标。

如上图所示,交通自动化领域除了大众汽车外,奔驰、戴姆勒、丰田等公司也纷纷计划开展量子计算应用。此外,包括银行金融业、材料和药物研发行业等都有知名公司在推进量子计算的商业应用。

三、量子计算带来的机遇与挑战

目前的量子计算发展主要在两个方向,一个是科技公司对于通用量子计算机的研发,主要在于实现更多量子比特数量的芯片研发,提高计算速度的同时降低量子计算的错误率。另一个方向在于系统与应用程序的开发,大众汽车等商业公司积极研究新技术试图抢占先机,微软等科技巨头为量子计算机设计新的编程语言并在量子模拟器上进行测试,学院派也在积极推进系统的开发与量子计算机编程的普及。

一些公司相信“量子至上”的概念,他们认为量子计算机可以比传统的计算机更好地解决理论问题。其他一部分公司则专注于通过量子计算机解决现实问题,特别是解决当今最好的经典计算机都无法解决的问题。包括初创公司在内的许多公司正致力于融合量子计算和传统计算的的技术,通过这种折中的方式试图尽快抢占市场。这类混合型计算机允许程序员将量子计算机兼容用现有计算机语言(如Python,C ++甚至Java)编写的软件。

对于量子领域的角逐,Forrester的首席执行官Brian Hopkins表示,“在数字领域的竞争中,即使是1%优势,例如,在能源生产成本或客户获取成本上节省1%都可以帮助公司压倒竞争对手。少数通过云提供专用量子处理器的先行者将抓住优势,在未来五年内实现显着的增长。“

相比数字计算机潜力的线性增长,量子计算机的潜力呈指数级增长。不过由于仍有许多复杂的技术挑战还未解决,量子计算机落地的进展可能仍会延迟一段时间。量子计算公司Rigetti Computing的首席执行官Chad Rigetti对此表示,“在过去的五年里,我们一直处于量子计算市场发展的第一阶段,量子计算完全展示出它的量子优势将需要3到5年”。鉴于量子计算所需硬件的技术复杂性(某些技术解决方案提出需要将计算机温度保持在接近绝对零度),Forrester公司则认为应该通过云端提供量子计算服务,让客户通过在云端的API接口分时共享硬件资源和调用新量子算法。

奇点财经认为目前,科技巨头都瞄准了量子计算这个极具未来价值的新兴科技领域,从不同角度纷纷开展自己的研究,在量子计算领域开展技术研发比拼。虽然量子计算机的商用从硬件、软件、算法到系统都将面临着非常多的、十分严峻的技术挑战,需要一个耐心、长期的过程。不过,随着这个领域的关注度逐渐提高,量子计算的技术研发将得到更多支持,政府、公司与学院的积极研究也将极大地推动量子计算的技术研发与商业应用。量子计算领域的激烈竞争也将会缩短量子计算的通用化时间,量子计算时代即将到来。

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