谷歌和微软相互争夺“量子霸权”

谷歌和微软即将公布的量子计算技术进展将给量子技术带来里程碑的突破，在争夺“量子霸权”的过程中，另一个里程碑式的突破将来自谷歌。

物理学家和计算机科学家关于量子计算机的设想已有35年历史。量子计算技术或许很快就将迎来重大突破。

未来几周，谷歌和微软即将宣布两项重要的科学突破，而这也将凸显该领域的快速发展。不过，这些技术能否在短期内实现商用又是另一回事。

领先的量子计算技术公司指出，基于量子机制的计算机能极大地提升计算速度，并在未来5年内带来有实用性的强大应用。这样的发展速度要比设想中快很多。

微软量子团队负责人托德·霍尔姆戴尔（Todd Holmdahl）就认为，5年的目标是可实现的。他表示：“我们有机会去解决一些此前无法解决的问题。在传统计算领域，这些问题需要宇宙一样长的时间去解决。”

加拿大公司DWave从7年前开始销售特定类型的量子计算机。不过，真正的目标是通用型计算机，能编程处理超越当前计算机范畴的一系列任务，包括模拟分子运动、助力药物研发突破，以及让机器学习变得更强大。

不过，该领域的其他某些人士认为，这样的预期过于乐观。英特尔实验室负责人迈克·梅贝里（Mike Mayberry）表示，在真正可用的技术出现之前，大型科技公司还需要“10年的竞争”。他认为，“我们还处于玩具系统的时代”。

微软和谷歌即将宣布的两个里程碑将证明，最前沿的理论物理学如何迅速转化为实际应用。

尽管从12年前就启动了量子计算的研究，但微软还没有开发出可以工作的量子位，即量子计算机的基本元件。霍尔姆戴尔表示，目前已非常接近宣布“突破这个节点”。

此类成果通常会通过科学期刊上的研究论文来公布，这意味着成果必须经受同行评审过程。霍尔姆戴尔表示，这不仅对微软来说是重要时刻，同时也会是“科学史上的重要时刻”。

微软花的时间比其他公司更长。早在1998年，IBM就公布了首个可用的量子位。去年12月，IBM宣布与多家公司达成合作，开发量子计算技术的具体应用。不过，微软的量子位基于一种此前尚未得到证明的技术。如果微软是正确的，那么该公司将迅速超过该领域的竞争对手，获得巨大的优势。

微软的设计解决了这项技术的最大缺陷之一。由于量子位很脆弱，因此量子计算机需要进行大量的错误修正。量子位只会在量子态停留很短暂的时间，因此结果很容易受影响。

微软给出的答案是：一种能将电子碎片化的量子位，从而将同样的信息同时保存在多个地方。如果量子位的某个部分出现问题，那么其中包含的信息不会就此丢失，从而确保系统整体更稳定。

对于使用所谓拓扑量子位的计算机来说，内建的容错机制带来了巨大的优势。霍尔姆戴尔表示：“（不够健壮的系统）会产生大量错误，需要去解决。如果说他们需要1000到1万个量子位，那么我们只需要1个，因为我们的错误修正比他们要好得多。”

不过，即使开发出首个可用的量子位，这也只是第一步。梅贝里表示，目前还不清楚，在从当前的初级系统扩大至通用计算机的过程中，哪种量子位技术最高效。

另一个里程碑式的突破将来自谷歌。这将是用量子计算机解决传统计算机极限问题的首次展示。

当量子计算机超越最强大的传统计算机之后，就将达到所谓的“量子霸权”。南加州大学量子计算专家、教授丹尼尔·利达（Daniel Lidar）表示，达到这个目标将有“非常重大的科学意义，这将是计算技术史上的首次，表明量子计算机已经跨过了这道门槛。”

谷歌计划于2017年底达成“量子霸权”，并于2017年的最后几天展开了测试。这一测试的目标是证明，包含49个量子位的系统能解决超出任何传统计算机能力的问题。谷歌没有对最终结果置评，而结果是否成功也需要科学期刊的评审。

不过，IBM也在悄悄发力。通过对一台超级计算机进行编程，IBM成功模拟了一台包含50个量子位的量子计算机。这在以往是被认为不可能的。利达表示，随着量子计算机和传统计算机的设计者们你追我赶，这个领域内很可能会发生“真正的竞赛”。

然而，即使谷歌在推动“量子霸权”方面获得了成功（即专门设计传统计算机无法解决的问题，让量子计算机成功解决），利达和其他专家也认为，这项技术距离实际应用还有很长的距离。

即使来自微软和谷歌的突破得到证实，在如何扩大规模，系统如何编程方面，相关公司仍然面临巨大的挑战。系统可能需要100万个量子位，才能解决复杂的问题。

除了让量子位在更长的时间里保持量子态以外，其他问题还包括如何设计在极低温度下可工作的电子控制系统。梅贝里指出，继续扩大规模非常困难。

不过，作为资深产品经理的霍尔姆戴尔认为，这与其他硬件挑战没有太大不同。霍尔姆戴尔在Xbox游戏机的开发中扮演了核心角色。他表示，微软将设计和测试硬件版本迭代的时间缩短至2周，而在其他硬件领域，能快设计速迭代的公司将取得成功。

他表示：“现在的情况就是这样。这有点类似太空探索。我们将很快派人登月。”