量子計算會徹底改變世界,但不宜過度吹捧,需要腳踏實地尋求突破

2022年12月25日03:53:11 科學 1302

像曾經的AI一樣,在技術還不成熟的階段就過度吹捧,反而不利於技術發展,對初創公司傷害尤其大.業界公司希望通過耐心發展以避免量子寒冬.

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一台IBM的量子計算機

一些量子計算觀察者宣稱,量子寒冬正在到來,在寒冬中,大公司將大幅縮減投入,投資者也將遠離業內初創公司.

慕尼黑數學哲學中心的一位物理學家Sabine Hossenfelder在一段2022年11月的視頻中聲稱:」量子寒冬正在來臨,曾經吹起來的那些泡泡將會破滅,這是遲早要發生的事.」

量子計算行業在2022年的現狀或許正在印證她的預言.上市的量子公司的股價一瀉千丈,小公司們也正在尋求抱團取暖.已知的正在進行的業內合併案已有8起.

但是2022年12月份行業內的一個業內會議Q2B上,業內人士則依舊信心滿滿.各個玩家爭相展示取的進步,大公司的研究者們積極討論進行中的項目,對研究和融資顯得更加樂觀.

全球量子智能的分析師Doug Finke在Q2B上表示,量子寒冬的說法有點誇張,只是行業參與者可能會受一點凍瘡.

量子計算依賴微觀粒子的物理特性去完成常規計算機(現有的手機,電腦,甚至超級計算機)無法完成的任務.大規模的能應用於實際應用的量子計算機的問世至少還需要等好幾年.

但隨著常規計算機的性能已經發展到較高的程度,難以榨出更多的油,量子計算領域的進展還是令人感到鼓舞.即使現在的量子計算機都還只是實驗原型,不能完成常規計算機能做的大多數事情.人們依然對量子計算充滿期待,期待它能徹底改變世界,能研發出更好的電池,加速金融計算,設計出更高效的飛機,發現新葯以及提升AI計算性能.

量子計算領域的專家和創業者們已敏銳地意識到量子寒冬的風險.AI技術的發展經歷常被用來作為參考.自從誕生以來,AI曾經在數十年的時間內無法帶來實際收益,直至突然爆發.Q2B會議中,多名與會者提到量子計算需要避免AI在早期被過度吹捧的前車之鑒.

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一台芬蘭的量子計算機

業內人士最關注的是如何將量子計算落地到實際應用.雖然量子計算機還只能解決各個領域中較為簡單的問題,但傳統行業的大公司,包括摩根大通福特汽車空客寶馬諾和諾德現代汽車英國石油公司,都在投入研發和探索試驗項目(proof-of-concept,POC).

傳統行業大公司的在此領域的投入一般都會選擇大大小小的科技公司作為合作夥伴,IBM,谷歌亞馬遜微軟英特爾都在量子計算領域投入大量資源.除此之外,美國,法國,德國,中國,澳大利亞等政府也在撥付資金支持量子計算技術.

常規的計算機的底層技術基礎是二進位運算,一個位要麼是1要麼是0.量子計算的底層技術完全不一樣.它的最小單位是量子比特qubit),能通過疊加態記錄1和0的組合.疊加態通過稱作糾纏的微觀現象連接起來,能提供遠超常規計算機的二進位系統能存儲的狀態.

現有量子計算機面臨的問題是量子比特位數難以提升(IBM的魚鷹量子計算機有433量子比特),還有量子比特的難以控制性.量子比特非常容易被擾動,從而破壞計算,所以限制了可能操作的數量.已有的最穩定的量子計算機的單次操作錯誤率大概為千分之一,遠高於常規計算機的錯誤率.目前採用的方法是,將量子計算運行多次後通過統計學手段獲取有用的結果.

現有量子計算機為嘈雜的中級量子類型(Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ).目前還不確定這種類型的量子計算機是否能真正用於解決實際應用問題.

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量子計算實驗裝置

所有的量子計算機設計者都在努力邁向更先進的容錯類型時代.容錯類型的量子計算機的量子比特更穩定,能聚合組成長期存活的邏輯量子比特,邏輯量子比特可以自我糾錯以存活得更久.到了容錯類型時代,量子計算機才會真正顯示出它的威力.普遍認為至少還需要等5年.

防止過度吹捧是量子計算技術發展途中需要面臨的挑戰之一.

谷歌在2019年發布過非常吸引眼球的」量子霸權」成果,雖然實際上當時展示的成果中,量子計算機只是在一個非實際應用的學術性任務中打敗了常規計算機.加州理工的物理學家John Preskill多年來一直呼籲要避免過度吹捧.現在業內公司更加重視在實際的應用中拿出超過常規計算機的成果.

量子計算技術本身帶來的變革潛能巨大,且變革是突破性的,這激起了投資者的興趣。在過去的14個月里,三家量子計算公司成功上市,均選擇了更快的SPAC(Special Purpose Acquisition Company 即特殊目的收購公司)方式,而不是傳統的IPO。首先是2021年10月的IonQ,接著是當年3月的Rigetti和8月的D-Wave。

不過,近幾個月來,二級資本市場對科技公司並不友好。IonQ的交易價格較上市價格已經腰斬,D-Wave下跌了約四分之三,Rigetti的交易價格約為其初始價格的十分之一,且創始CEO即將離職。

儘管還沒有量子計算初創公司失敗的案例,但一些收購和合併案例表明,小公司抱團取暖的前景會更樂觀。其中,霍尼韋爾量子解決方案與劍橋量子合併,於2021年成立 了Quantinuum;Pasqal於2022年與Qu&Co合併;ColdQuanta(新改名為Infleqtion)收購了Super.tech。

令人感到樂觀的是量子計算行業的過度炒作並不普遍。在Q2B會議上,量子計算的倡導者在發表預測時把握了分寸,並對突破何時到來的問題持謹慎態度。關於量子計算技術將被」捧殺」的評論是針對少數個例。

倡導者更願意談量子計算技術在持續穩步進展中取得的各項成果。製造商逐漸擴大了量子計算機的規模,改進了軟體,減少了阻礙計算的量子比特擾動雜訊。業內競爭更加理性,未來數年的技術路線規劃也更加耐心。

例如,谷歌在2022年實現了第一個糾錯里程碑,預計下一個里程碑將在2025年左右實現,然後在2029年交付真正強大的量子計算機之前,還規劃有兩個里程碑。Quantinuum和IBM等公司的路線圖同樣詳細。

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一台谷歌的量子計算裝置

新的量子計算項目不斷湧現。AWS此前租用第三方量子計算機在雲上開通了Braket服務,現在也公布了自建量子計算機的計劃。在Q2B上,由諾和諾德製藥公司運營的諾和諾德基金會,宣布將為丹麥哥本哈根大學尼爾斯玻爾研究所的生物科學量子計算機項目提供資金。這項長期項目的目標是在2035年能使用量子計算解決生命科學問題。物理學家Peter Krogstrup Jeppesen離開了微軟的量子計算研究職位來領導該項目。

一些初創公司已經感受到資本市場的寒氣。Qedma的CEO,Asif Sinay表示,融資更難了.該公司的誤差抑制技術旨在幫助從量子計算機中榨取更多可用算力。但Asif Sinay對公司和行業現狀比較樂觀,現有資金還算充裕,不用急著去拉投資。

加拿大商業發展銀行的Duncan Stewart坦言,跟上技術路線圖對初創公司至關重要。該銀行投資的量子計算初創公司包括魁北克的Nord Quantique,「將根據他們18個月後能否完成技術里程碑而決定生死存亡,」該投資經理說。

但Quantinuum首席運營官Tony Uttley認為,創業困難不會造成量子寒冬。他認為可能有兩種情形可觸發量子寒冬:出現一家大型量子計算公司停止投入或者整個行業的技術進展停滯不前。

量子計算行業並沒有把所有的雞蛋放在一個籃子里。業界正在探索多種技術實現路線,包括離子捕獲、超導電路、中性原子、半導體上的電子和光量子比特。

AWS負責量子硬體工作的物理學家Oskar Painter表示:」整個行業距離可以處理實際業務問題的通用量子計算機還相當遠,」但即使自稱向來悲觀的他,也認為量子計算的探索途徑是清晰的,突破性進展也許就在不遠處。

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