編者按：量子科技是當今世界最前沿的科學技術(shù)，中國、美國和歐洲投入多個實驗室去攻克相關課題。中國在2016年8月在國際上成功發(fā)發(fā)射世界首顆量子科學試驗衛(wèi)星“墨子號”，今年年初已完成全部在軌測試工作，并正式交付中科大實驗團隊開展科學實驗任務。去年年底，國際首條千公里量級的量子通訊骨干網(wǎng)“京滬干線”已全部貫通。美國在量子計算機方面的研發(fā)位居世界前列，最新IBM推出了首個通用量子計算機，再次引領了未來科技應用。預計今年晚些時間，IBM會推出量子云服務。小編選擇了騰訊科技最新的報道，和大家介紹最新進展。

據(jù)《自然》報道，今年IBM公司將推行世界首個商用“通用”量子計算服務IBM Q系統(tǒng)，建立在IBM的Quantum Experience的技術(shù)之上。雖然技術(shù)尚不成熟，但是IBM將圍繞其展開一項長遠的戰(zhàn)略規(guī)劃。

每當你想創(chuàng)造一個東西，就會發(fā)現(xiàn)它們已經(jīng)出現(xiàn)了。IBM公司在3月6日宣布，今年某個時間計劃推行世界首項商用“通用”量子計算服務。這個命名為IBM Q的系統(tǒng)可在網(wǎng)上免費使用。

它的功能至少現(xiàn)在還不會勝過傳統(tǒng)計算機。但是，公司表示，這個系統(tǒng)對發(fā)展未來量子機的市場至關重要，未來量子機器將可以解決傳統(tǒng)計算機無法運行的復雜運算。云服務是創(chuàng)建有用量子計算機鏖戰(zhàn)的最新進展。

這個項目建立在開發(fā)IBM現(xiàn)有云計算服務的專有技術(shù)之上：任何人可以免費使用的Quantum Experience。該系統(tǒng)在2016年5月上線，最近的用戶界面得到升級。在紐約IBM研究中心領導量子計算實驗室的物理學家杰瑞·喬(Jerry Chow)說，“它上線的10個月讓我們學會很多。”它給世界范圍的研究者一個無需使用自己的量子計算機就可練習建立量子算法的途徑。喬說，IBM的整體戰(zhàn)略是圍繞這項技術(shù)建立“一個社區(qū)和一個生態(tài)系統(tǒng)”。

IBM公司對IBM Q何時上線守口如瓶，只說今年會上線。它也沒有透露系統(tǒng)會有多強大，或需要花多少錢才能使用。公司說，已經(jīng)有首批客戶排隊等其發(fā)布，但不會透露客戶信息，只說幾位商用合作伙伴會針對機器測試發(fā)展它們自己的應用。

量子競賽

量子計算機利用次原子物理學的反直覺性能，信息單位量子比特(量子位)可以同時具有多種狀態(tài)，而不是傳統(tǒng)計算中只能簡單表示0或1的比特。自20世紀90年代伊始，理論物理學家，包括一些在IBM工作的，開發(fā)了基于量子的算法，理論上可以比傳統(tǒng)計算機指數(shù)倍更快地執(zhí)行某些任務。

但實際上，讓足夠多的量子比特一起在通用量子計算機運行這樣的算法，被證明是十分有挑戰(zhàn)性的。目前已有兩項領先技術(shù)可以處理量子比特：一項技術(shù)用電場與磁場使單個離子陷于真空中;另一項技術(shù)將量子比特納入微觀超導電路中，維持絕對零度以上幾度的溫度。IBM傾注于后一種技術(shù)。

最近幾年，谷歌(微博)也進入量子競賽中，在圣巴巴拉市(美國加利福尼亞州)建立了一個超導量子位實驗室。IBM和其它幾家公司以及學術(shù)實驗室已經(jīng)宣布了建立超越傳統(tǒng)計算機機器的激進計劃。但是，這些機器每個需要運行大約50量子位。目前的記錄是大約20量子位，只勉強夠簡單的運算。

實際事務

因此，當IBM推出Quantum Experience(運行5超導量子位)時，許多人沒有看到此舉的意義何在。物理學家克里斯托弗·門羅(Christopher Monroe)說，“許多人視其為作秀。”他在馬里蘭大學帕克分校的離子阱實驗室工作，并表示他認為這件事很重要。

即使這不是最先進的機器，IBM已經(jīng)克服了許多挑戰(zhàn)使Quantum Experience上線，讓不一定是物理學家只是先前用過量子計算機的研究員能在線使用。這包括創(chuàng)建一個不需要建造其的物理學家持續(xù)關注也能運行的系統(tǒng)。門羅說，“將機器放在云端是顯而易見的，但是讓系統(tǒng)達到那個程度需要投入很多工作。”

能使用Quantum Experience或IBM Q這樣的系統(tǒng)意味著世界范圍的研究員開始面對量子編程的獨特挑戰(zhàn)。這和傳統(tǒng)的編程截然不同，它需要程序員理解適應物理量子位的局限。門羅說，原則上，5量子位的機器很容易用傳統(tǒng)計算機甚至筆記本模擬。但是真正的量子位不是這么簡單的。

麻省理工學院的物理學家艾薩克·莊(Isaac Chuang)說，“真正的挑戰(zhàn)在于你是否能讓你的算法在現(xiàn)實中有缺陷的硬件上運行。”

喬說，IBM Q會比 Quantum Experience有更多的量子位，但是公司還沒有公布一個具體的數(shù)值。

量子云的時代

Quantum Experience目前已經(jīng)在超過100個國家里吸引了大約40,000名用戶。比如莊就在他去年教的量子計算本科生課上在線使用了量子體驗，學生得以在實際的量子計算機上練習編程。

Quantum Experience的系統(tǒng)用戶已經(jīng)做了275,000次試驗，發(fā)表了15篇研究論文。其中，門羅領導的團隊和他的合作伙伴對比了IBM的超導機器和門羅實驗室1號的5量子位離子阱機器的表現(xiàn)。IBM公司的量子云服務更快，但是門羅的機器更精確。

門羅與別人聯(lián)合創(chuàng)立了IonQ公司，預計推出基于云端的離子阱量子服務，但是他不能給出具體時間。谷歌量子計算實驗室的領頭人約翰·馬蒂尼斯(John MarTInis)說，谷歌正計劃用自己的超導量子位機器做同樣的事，但只有在它做出可以運行50量子位的計算機之后。

同時，加拿大本那比的D-波公司(D-Wave)從2010年就在云端提供量子計算服務。系統(tǒng)的高級副總裁杰爾米·希爾頓(Jeremy Hilton)說，“我們的戰(zhàn)略核心是向云端訪問進發(fā)。”但是D-波的機器不是“通用”計算機，只能運行有限范圍的量子算法。不論如何，幾個研究小組已經(jīng)使用該量子計算服務來做項目。