英特尔CTO称 量子计算尚在马拉松起跑阶段
李娜
[量子计算距离解决工程规模的问题可能还需要5~7年。而从商业角度看，量子计算可能需要100万甚至更多的量子位才能有实用价值]
比“超级计算机”还快的是什么？
在诸多新技术里，量子计算显然是一个有力的竞争者。
“我们的投入仅仅是一个开始，未来还需要上亿美元的投入。”英特尔公司高级副总裁、首席技术官兼英特尔研究院院长MichaelMayberry30日在接受第一财经记者采访时表示，目前量子计算仍处于马拉松跑步的第一英里，真正实现商业化使用还需要十年时间。
但这并不影响全球的科技巨头对量子计算做巨大的投入，作为下一次技术革命的核心，量子计算的能力被认为远远超过超级计算机。
美国加州理工学院物理学家约翰·普瑞斯基尔则指出，目前超级计算机系统能完成5到20个量子比特的量子计算机所做的事情，但达到超过49个量子比特后，量子计算机的能力就显现出来。简单来说，传统计算几十年才能解决的数据问题，量子计算可能只需要1秒就可以搞定。
在今年的美国CES展上，英特尔CEO科再奇正式对外展示了量子计算的进展，宣布了向合作伙伴交付首个49量子位量子计算测试芯片，这距离该公司去年10月交付17量子位超导测试芯片仅过去约3个月。
“目前英特尔仍然对该产品做特性方面的测试，希望提升第二版本的性能，而在下半年会看到这方面的最新进展。”MichaelMayberry对记者表示，英特尔对该技术的研发并不痴迷于“数量的纠错”，而是对量子位的纠错非常看重，在上面能做什么样的操作以及操作的稳定性，比如药物开发、金融建模和天气预报等。
突破传统计算“禁区”
当你测量一个微小的电子时，就会影响到远处另一个电子的状态，爱因斯坦把量子的纠缠和叠加称作“鬼魅般的超距作用”。即使对世界上最聪明的人来说，量子力学看起来也像魔法一样。
量子计算可以带来极高的计算速度、非常灵敏的探测器，并且能创建牢不可破的加密功能来保护重要的数字信息。MichaelMayberry对记者表示，量子计算是一种令人兴奋的全新计算模式，它不同于当前数据中心、云环境、PC和其他设备中的数字计算。数字计算需要把数据编码为二进制数字（比特位），每个比特位处于两个确定状态中的一个（0或1）。然而，量子计算使用量子位，后者可以同时处于多个状态。因此，量子位上的操作可以实现并行的大量计算。
从本质上说，量子计算就是并行计算的终极目标，有攻克传统计算机无解难题的巨大潜力。例如，量子计算机可以模拟自然环境来推进化学、材料科学和分子建模等领域的科研工作。
“量子计算机的强大功能可以真正应对我们想要理解的分子或材料的复杂性。”MichaelMayberry对记者说。
为了释放量子计算的潜力，英特尔在2015年启动了一个合作研究项目，其目标是开发商业上可行的量子计算系统。
虽然已经取得了巨大的进展，但是量子计算研究仍然处于萌芽阶段。例如，现在还不清楚量子处理器（或量子位）会采用哪种形式。这就是为何英特尔要押注几个方向，并对它们同等投资。
其中的一种可能的形式是超导量子位，英特尔在开发这类测试芯片中取得快速进展，行业和学术界的其他厂商和机构也在追求这种方案。基于自身的硅晶体管制造专长，英特尔还在研究另一种替代结构。这种替代架构被称作“自旋量子位”，其在硅片上运行，可以克服一些量子计算从研究到实用的障碍。
“我们作为从事技术研究方面的人员来说，一个非常重要的职责就是对技术的未来发展方向做判断和展望，所以在英特尔作为一家公司决定大举投入前沿技术之前，我们从研究者角度来说已经找到了一些我们认为值得投资的方向，比如说人工智能、无人驾驶，当然我们作为研究人员有的时候可能在方向性的预判上发生一些偏差，但是我认为即便可能会有这种判断上的失误，但这种风险还是非常值得去冒的。尤其当我们所做的技术前沿判断和整个公司发展方向相吻合，得到公司全局支持的时候还是感到非常欣慰。”MichaelMayberry对记者表示。
他表示，从研究角度来说，研发人员会对于可能要考虑的项目做一个评判，基本上四个潜在项目里最后会选一个来做，是四分之一的比例。如果这四分之一的比例被验证是有价值的，后续的开发公司会跟上。
商业化落地需要十年
从美国到欧洲、从顶尖科研机构到科技企业巨头，围绕量子技术的攻关已全面展开，量子革命引发的新一轮科技竞赛如火如荼。
比如，Google在2017年4月份宣布推出49量子位处理器。Google首席科学家JohnMartinis曾公开表示：为率先登顶“量子霸权”，他所带领的团队正在利用49量子比特模拟系统攻克经典计算机无法解出的难题。
而半年后，美国IBM公司却抢先一步宣布成功研制20量子位的处理器，推出50量子比特的所谓“量子计算原型机”，有望在2021年前推出首个在金融领域的量子计算应用。这无疑是对Google的“量子霸权”算法提出挑战。另一方面，IBM至今未公布“量子计算原型机”的详细性能和测试结果。
随后微软也推出了其通用量子计算研发计划以及全栈开发和模拟器，虽然还未公开展示硬件设备。IonQ、QuantumCircuits等企业和日本理化研究所（RIKEN）也进行着投资硬件开发，不过它们尚未宣布研发成果。
而政府方面的投资更是不断加大。
美国在理论方面推进量子信息科技学科建设，在应用技术方面研发高性能计算系统。目前，这两项工作都被提升到国家战略层面，政府投资每年达到3.5亿美元。
面对全球企业以及政府对于量子计算的投资热潮，MichaelMayberry对第一财经记者表示，量子计算更像是一场马拉松赛跑，现在仍处于第一英里的阶段，不管大家的方向如何，最终的目的地是一样的，而目前英特尔并不痴迷于纠结数量的问题，从17到49，英特尔还是看重纠错能力。他表示，英特尔未来的投资将在数亿美元的规模，而这仅仅只是一家公司的投入。
“我们的看法是量子计算真正地实现商业化的使用还需要有十年时间，所以我们还有很长的路要走，这个十年愿景目前离我们还挺远。但可以先把量子计算用来解决常规计算很难以解决的问题，这一类的问题如果部分得到解决，会给我们整个世界带来巨大的改变。比如说我们或许可以使用量子计算开发出一种催化剂，这种催化剂能够改变汽车使用的燃油结构或者它能够捕捉空气中的二氧化碳，如果能够做到这一点将对气候变化的大难题带来革命性改变。”MichaelMayberry说。
他认为挑战主要来自于四个方面。“第一个是不管Qubit做得有多好，我们都认为它还是不足以好到完美，所以我们需要有纠错方面的工作来完成，以确保Qubit有足够长的生命期，长到它能够完成一些有意义的算法或者说是计算。第二个是我们需要有在本地的对Qubit的控制，而不是这个控制是通过长长的缆线遥远地加以控制，我们需要的是在本地加以控制。第三个是指在路径上的安排，我们怎么能够把这些Qubit真正地放到一个物理的Qubit系统当中，怎么给它把路由做出来，做一个算法，有时候是直着走，有时候是要跳转着做。第四个是在Qubit之间的连接，因为需要把Qubit能够连接起来形成一个比较有规模的大的系统。现在我们有可能会有几千个Qubit，但是怎么能够把这几千个Qubit连接起来是一个很大的挑战。所以我说有这四个技术挑战。”MichaelMayberry说。
“我们的终极目标是制造一个商用量子计算机，政府以及各行各业可用它来应对大数据的挑战。”英特尔此前在给第一财经的回复中提到，量子计算距离解决工程规模的问题可能还需要5~7年。而从商业角度看，量子计算可能需要100万甚至更多的量子位才能有实用价值。
