量子計算機

北京時間11月21日消息，據(jù)《紐約時報》報道稱，微軟投入大量資金和工程資源，嘗試開發(fā)量子計算機，它可以處理一些復(fù)雜的任務(wù)，這些任務(wù)是當(dāng)前數(shù)字計算機無法處理的。

在科幻小說中，我們時常會看到量子計算機，它的性能超級強大，現(xiàn)在科技界對量子計算機的出現(xiàn)越來越樂觀。如果量子計算機真的可以投入使用，許多行業(yè)都會受到影響，比如藥物設(shè)計、AI，我們對現(xiàn)代物理也會有更深入的理解。

微軟已經(jīng)決定跳出純粹的研究，投入巨額資金開發(fā)量子計算機原型產(chǎn)品，與眾多科技巨頭一起競爭，比如谷歌和IBM。

量子物理世界是一個獨特的世界，微軟的進入方式與競爭對手有些不同。微軟的方法是以“任意子（anyons）”作為基礎(chǔ)的，“任意子”是一種粒子，物理學(xué)家說它以2D形式存在，微軟用“任意子”組建超級計算機模塊，如此一來就可以利用亞原子的物理屬性。

研究人員深知，要開發(fā)出可以真正使用的量子計算機還有很大的挑戰(zhàn)，在基本物理層還有問題需要解決，研究人員還要開發(fā)新軟件挖掘量子設(shè)備的潛能，量子計算機與今天的數(shù)字系統(tǒng)運行方式不同。

傳統(tǒng)晶體管可以在任何時候開或者關(guān)，開與關(guān)分別代表1或者0，量子位不同，它可以以“疊加”形式存在，也就是說同時以兩種狀態(tài)存在。如果量子位彼此纏繞，就可以代表龐大的數(shù)值。按照最可能的設(shè)想，量子計算機將會由海量量子組成。

2005年，微軟開始研究量子計算技術(shù)，當(dāng)時它悄悄開設(shè)了一個名叫“Station Q”的實驗室，領(lǐng)導(dǎo)者是數(shù)字家邁克爾·弗里德曼（Michael Freedman）。

微軟現(xiàn)在已經(jīng)相信，公司離“設(shè)計基本量子建造塊”的目標(biāo)足夠近了，微軟工程經(jīng)理托德·赫爾曼達(dá)爾（Todd Holmdahl）表示，開發(fā)完整的計算機，微軟已經(jīng)準(zhǔn)備就緒了。在過去幾年里，赫爾曼達(dá)爾負(fù)責(zé)過許多不同的項目，包括Xbox視頻游戲機、HoloLens AR系統(tǒng)。赫爾曼達(dá)爾說：“當(dāng)我們解決了第一個量子的問題，我們就制定了藍(lán)圖，它可以引導(dǎo)我們以更直接的方式解決萬千上個量子的問題。”

讓量子計算機執(zhí)行實用的計算真的有可能嗎？物理學(xué)家、計算機科學(xué)家存在分歧。在一些研究項目中，研究人員試圖用不同的材料和設(shè)計創(chuàng)建量子。微軟選擇的是拓?fù)淞孔佑嬎恪＝衲?，三名科學(xué)家獲得諾貝爾物理學(xué)獎，他們的研究認(rèn)為粒子也許可以以2D形式存在，微軟的方法正是以此作為基礎(chǔ)的。

赫爾曼達(dá)爾的研究團隊陣容強大，包括荷蘭代爾夫特理工大學(xué)物理學(xué)家Leo Kouwenhoven、哥本哈根大學(xué)物理學(xué)家查爾斯·M·馬庫斯（Charles M. Marcus）、悉尼大學(xué)物理學(xué)家David Reilly、E.T.H. Zurich大學(xué)物理學(xué)家Matthias Troyer。最近，微軟成立了人工智能與研究團隊（Artificial Intelligence and Research Group），由哈利·山姆（Harry Shum）領(lǐng)導(dǎo)，團隊成立之后沒多久這些物理學(xué)家都加入了微軟，成為新團隊的一部分。

微軟物理學(xué)家表示，在過去2年里，科學(xué)研究取得了進步，科學(xué)家越來越有信心，他們認(rèn)為微軟可以創(chuàng)造出更穩(wěn)定的量子，正因如此，微軟才會做出決定開發(fā)拓?fù)淞孔佑嬎銠C。

馬庫斯說：“將半導(dǎo)體與超導(dǎo)體結(jié)合在一起，這就是配方的秘訣。”最近研究人員取得突破，他們已經(jīng)可以控制形成量子的材料。研究人員使用多種方法彼此競爭，核心問題在于將量子計算機溫度降至絕對零度。

開發(fā)算法，用在量子計算機上，讓它可以解決問題，解決問題的速度比現(xiàn)有數(shù)字計算機快；目前這樣的算法相當(dāng)少。在早期研究中，肖爾算法（Shor’s algorithm）相當(dāng)有名，從中我們看到了希望：未來量子計算可以用于破解密碼。

一旦研究成功，世界將會發(fā)生劇變，因為現(xiàn)代電子商務(wù)是建筑在加密系統(tǒng)之上的，這套系統(tǒng)用傳統(tǒng)數(shù)字計算機幾乎無法破解。除此之外，我們還可以通過量子計算機以更快的速度搜索數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行機器學(xué)習(xí)算法，計算機視覺技術(shù)與語音識別技術(shù)的發(fā)展離不開機器學(xué)習(xí)。

最開始時，量子計算機主要還是用作物理研究工具。1982年，物理學(xué)家費曼（Richard P. Feynman）曾經(jīng)表示：“用量子計算機解決量子物理學(xué)問題，這是我的一個夢想。”