耶鲁教授与谷歌和 IBM 赛跑,争造世界上第一台真正意义的量子计算机

编译 | 樊晓芳

作者 | CADE METZ

 

 

图为在耶鲁大学实验室中的 Robert Schoelkopf 教授。Quantum Circuits 是他与其他两位教授一同成立的量子计算创业公司。图片由纽约时报 Roger Kisby 拍摄。

 

Robert Schoelkopf 教授身处进军世界上第一台通用量子计算机的各路大军的前列。这样的机器,一旦被建造出来,似乎将使用量子力学的神奇魔力解决当今计算机从未能解决的问题。

 

当前科技世界中三大巨头——谷歌、IBM 和英特尔 —— 都使用这位耶鲁大学 Schoelkopf 教授和少数其他物理学家开创的方法,他们竞相建造这样能大幅加速从药物研发到人工智能的机器。同样,硅谷创业新秀 Rigetti Computing 也做着同样的事。到此为止,这四个量子项目还有一个共同的竞争对手:Robert Schoelkopf。在看到自己在量子计算方向的研究工作帮助推动了许多其他人的研发工程后,Schoelkopf 先生和其他两位耶鲁教授成立了他们自己的量子计算公司,Quantum Circuits。

 

这家公司就位于纽黑尾市距离耶鲁大学不远的地方,并于近日接受了红杉资本和其他风投基金联合投资的 1,800 万美金 A 轮投资。其成立似乎预示着量子计算这个近几十年都是世界顶级计算科学家的梦想很快就要成真了。

 

「在过去的几年中,我们和身边的科学工作者很明显地感受到我们已具备足够的理论知识来建造一台可用的量子计算机。」Mr. Schoelkopf 说道,「我们是可以将这项技术商业化的。」

 

量子计算系统比较难懂,因为他们的构造与我们现实生活万物的行为大相径庭。但这也意味着这种反直觉的行为使得量子计算机能够以传统经典计算机无法实现的速度进行计算。

 

当今的计算机将信息存在「比特」中,每个晶体管都处于 1 或者 0 的状态。但正因为拥有叠加态的特征,「量子比特」可同时存储 1 或 0 或者中间任意形态。量子比特的这个行为可由亚原子粒子(如光的最基本粒子光子和电子)展现。这意味着两个量子比特可以同时存储 4 个值,并随着量子比特数量的增加,量子计算机的计算能力会以指数级增长。

 

Todd Holmdahl 是微软量子项目的负责人,他眼中的量子计算机是一台可以帮助任何人在任何迷宫中瞬间找到方向的机器。他说,「一台传统计算机在寻找路时是一条条路地去尝试,一条路行不通就再换另一条,但量子计算机是可以同时尝试所有路的。」

 

但问题就在于,要在量子系统中将信息存上一段时间是非常困难的,这种短「相干时间」就会导致计算机制的混乱和计算结果的错误。但在过去二十年间,Mr. Schoelkopf 和其他物理学家致力于使用超导电路来解决这个问题。他们从在温度极限时可以展现量子属性的材料中制造了量子比特。

 

通过这个技术,他们已表明,每隔三年左右,他们就可将相干时间提高 10 倍。这被戏称为「Schoelkopf 定律」,就像表示「计算机芯片的晶体管数量每隔两年就会加倍」的「摩尔定律」;而「Schoelkopf 定律」则更像是针对「摩尔定律」的一首俏皮的颂歌。

 

 

图为 Schoelkopf 教授(左边)和 Michel Devoret 教授(右边)正在调试一个可以将温度降到极限低来运行量子计算部件的设备。图片由纽约时报 Roger Kisby 拍摄。

 

「『Schoelkopf 定律』的诞生仅仅源于一个笑话,但现在我们已在我们很多的研究工作中使用这个名词了。」麻省理工学院(MIT)Isaac Chuang 教授说道,「没人预料到这样的加速情况会发生,但效果提升的确是指数级别的」。

 

超导电路量子计算机已成为业内量子计算研究的主要方向。之前 Schoelkopf 教授的一个学生现在正牵头 IBM 的量子计算项目。Rigetti 计算的创始人此前也与 Quantum Circuits 的另一个创始人耶鲁大学的 Michel Devoret 教授一起学习过。

 

自从从加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)挖了一队伍的顶级研究员后,谷歌在近几个月称其也很快就能使用超导量子计算的方式造出能实现「量子霸权」的量子计算机了。「量子霸权」是指量子机器能在解决某些问题上超越其他任何使用经典物理原理的机器。

 

其他物理体系的量子计算机在近期也有很大进展,例如微软,正押注任意子(anyons)。但超导电路似乎将成为第一个能看到成果的系统。我们相信量子机器会最终精确地分析物理粒子间作用力,这是现实无法做到,这也将大幅加速新药研发。谷歌和其他玩家也认为这些体系将大幅加速机器学习,而机器学习则是指教会电脑通过分析数据或从有一定行为的实验中学习结局问题的经验。

 

一个量子计算机能够破解保护世界上最隐秘的企业和政府数据的加密算法。因此,包括创业公司 Quantum Circuits 在内的众多企业竞相下注量子计算也不为过了。

 

对于小玩家来说,建立软硬件全齐备的量子计算机比较困难,因为各类巨头公司已经投入重金来解决这个问题。但即时在这样复杂和需大量资金投入的研发领域,创业公司也拥有他们自己的优势。

 

「一个拥有卓越人才的小团队也可以去做卓越的事。」Bill Coughran 说道。Bill Coughran 曾帮助监督谷歌互联网基础设施的建设,现作为红杉资本的合伙人投资了 Schoelkopf 教授的公司。「我还没有看到大公司的大团队能做出什么很有颠覆性的创新。」

 

尽管 Quantum Circuits 是使用与巨头竞争对手同样的量子方法,Mr. Schoelkopf 则表示其公司是具备以不同方式解决问题的优势。不同于建造一个大量子机器,Quantum Circuit 正建造一群能组装链接起来的小机器。他称,这将有助于实现量子计算中的纠错机制,而纠错机制是建造大型复杂量子计算机的重要问题之一。

 

尽管每一家巨头公司都称其具有一定优势,并且即使距离其机器面世还差很长一段距离,仍已开始大肆宣扬其进展。

 

Coughran 先生称他和红杉资本认为 Quantum Circuits 将会成为一家能将量子计算机送到每一个需要量子计算的业务和研发人员手中的公司。另一位 Quantum Circuits 的投资人,来自早期风险投资基金 Canaan 的 Brendan Dickinson 则称如果公司能像这家公司这样建造一个可用的量子机器,将很快成为抢手的收购目标。

 

「大型量子计算机的赋能潜力是惊人的强大。」Dickinson 先生说道,「它将解决我们现在没法想象的问题。」

 

 

原文链接:https://mobile.nytimes.com/2017/11/13/technology/quantum-computing-research.html?referer=https://t.co/hHrRRTD8L2?amp=1&from=groupmessage

工程产业量子计算硬件
1