造出世界最强量子计算机、连轴转赶工口罩,霍尼韦尔怎么做到的?

  6月18日,霍尼韦尔宣布:「我们已经建造了目前世界上性能最好的量子计算机」。

  这家成立了135年的自控产品开发生产公司大概也不会想到,把这个工业界的「老专家」推向大众的,竟然是新型冠状病毒——自1月以来,霍尼韦尔的口罩生产线都是连轴转,以为大众提供合格达标的「N95」口罩。

  事实上,与其说霍尼韦尔是口罩生产商,不如说其是技术领导者。

  01 ,霍尼韦尔生产量子计算机?还是世界最强!

  早在今年3月,霍尼韦尔就「放狠话」:在接下来的三个月,我们将推出世界上性能最高的量子计算机。

  要知道,3月正是疫情肆虐的时期,没有人注意到这家被误认为「只是口罩生产商」的科技企业的豪言壮语,毕竟,「量子计算机」看起来还是像是谷歌,IBM这些企业的事情。

  于是,可能连谷歌、IBM和英特尔也没想到,6月18日会杀出这样一个劲敌。霍尼韦尔宣布:我们建造了目前世界上性能最好的量子计算机。

  这个「最好」可不是自夸的,这是基于IBM的量子计算机衡量基准而得到的结果。

  IBM提出了一种衡量量子计算机性能的指标——量子体积。量子体积的影响因素有很多,包括量子比特数、测量误差、设备交叉通信、设备连接和电路软件编译效率等。量子体积越大,量子计算机性能就越好。

  霍尼韦尔的量子计算机的量子体积是64,并且霍尼韦尔称,未来五年内能够实现量子体积每年以一个数量级的速度增长。

  这台量子计算机有6个有效的量子比特。一般情况下,一个系统的有效量子比特数要小于系统原始的量子比特数,因为一些量子比特可能丢失。由于出色的系统设计,霍尼韦尔的这台量子计算机解决了这个问题,并没有出现比特丢失。

  霍尼韦尔还表示,将在一年之内得到至少10个有效量子比特,相当于1024个量子体积。

  02 ,走近这台量子体积64的量子计算机:超高计算力,广泛应用场景

  量子+计算机=量子计算机?

  介绍霍尼韦尔这台量子计算机之前,我们先来回顾一下世界上第一台计算机:

  尽管ENIAC在现在看来到处都是线材,十分庞大且耗电量极高,但在1946年来讲,这可能是科技行业最先进的设备之一。

  往后几十余年间的计算机发展离不开两个词:提高性能、压缩体积。所以现在才有了轻薄而高性能的笔记本。

  因此,当你看到量子计算机的时候,也不用为它的庞大和怪异而惊讶:

  该机器位于科罗拉多州博尔德市一个1500平方英尺的高安全性存储设施中,包括了一个不锈钢球体容器。该球体容器的大小与篮球大小相同,并由液氦冷却,温度冷却到绝对零度以上10度(大约-441华氏度,比冥王星的表面温度还低)。我们把这样一个球体称作离子阱。

  离子阱上方,预先设计的电场使单个原子悬浮在0.1毫米,这些漂浮在计算机芯片上方的单个原子被激光照射,作为目标进行计算。

  控制原子是一件了不起的事情。原子是很小的单位,如果科学家能用原子作为单位来进行计算,那么未来的计算机的高度和现在相比或许是「不设限」的。

  所以当我们看到这台庞大的计算机时,或许会觉得设计它过于冗余。但是,如此高的计算力只是悬浮在球体容器表面上的少量原子提供的。这就赋予了量子计算无限的可能。

  计算机的发展到了21世纪20年代,计算力是永远无法避开的话题。许多编程语言因为计算力无法再提高而「落伍」,而一些「并发」的编程语言也因此而备受青睐。但是,针对编程语言去提高计算力的效果是很微弱的。这就好比你有一块牛肉,你想通过烹饪想去将它做的好吃。

  量子计算机和这些都不同,它的核心是提高计算机的计算力,甚至让计算机做一些现在人类无法想象的事情,例如量子方程式等。这就好比你有一块原料更好的牛肉,或许你就不需要在烹饪下面下功夫了。

  03 ,量子计算机群雄争霸!谷歌、IBM也没想到半路杀出霍尼韦尔

  MIT科技评论在4月20日发布了一篇文章,来讨论量子计算机争霸,谷歌和IBM谁是赢家。大概它也不会想到,6月底,杀出一个霍尼韦尔。

  1. 后起之秀霍尼韦尔:登顶最强,投入使用

  霍尼韦尔在量子计算机这漂亮的一击绝非偶然。

  在过去十年中,霍尼韦尔一直致力于实现量子计算机的目标,当时该公司开始开发生产低温和激光工具的技术。——这两项技术其实算是霍尼韦尔的「老本行」。在过去的五年中,该公司组建了一支由100多名技术人员组成的团队,专门致力于机器的制造。

  由此再去看霍尼韦尔3月份的豪言壮语,就发觉彼时的自信不无道理了。

  霍尼韦尔还在量子计算机商用的道路上先行一步。霍尼韦尔量子部门负责人Tony Uttley就透露,摩根大通等客户已经用上了这台量子计算机,每小时成本约为10000美元。摩根大通甚至将其利用量子计算机进行的研究写成了论文放在了arXiv上。

  霍尼韦尔还和微软合作,希望在未来几周内让客户通过Azure云进入最新的量子系统。

  除了和大公司进行合作,对于没有内部量子专家的公司,霍尼韦尔联系了量子公司Zapata Computing和Cambridge Quantum Computing进行帮助。

  2. 「量子霸权」倡导者Google:实现霸权之路诸多险阻

  2019年10月,Google在《Nature》上发表论文称自己已然实现量子霸权。

  量子霸权(Quantum Supremacy)属于专有名词,意思是在处理相同问题时,量子计算能超过所有经典计算机,实现量子计算的特有优势。

  量子霸权的实现意义重大,将理论推进实践的过程实属不易。因此,Google这一举措确实具有重大意义。但是,实现量子霸权也只是一个开始,距离实际的量子计算机尚有很大距离。

  在那个时候看,Google在量子计算机领域的成绩斐然。2019年,Google研究人员展示其最新54比特量子计算机,该计算机只用200秒便可计算完毕当前世界最大的超级计算机需1万年进行的运算。

  3. 「量子优势」提出者IBM:传统计算机巨头的转型

  和Google的霸气发言不同,IBM则提出了另外一个概念:量子优势。

  量子优势(Quantum Advantage)的本质是在反对量子计算机取代传统计算机的概念,并强调合理利用量子计算机的计算力优势进行计算。量子优势的重心侧重于真实的应用场景,是否需要超经典的计算能力。

  按照这样的理念,IBM的研究和其他企业有所不同,它的侧重在于联合多家大型企业研究部署量子计算云平台,快速实现商业价值。

  IBM于2019年9月推出可商用的53比特量子计算机,向外部用户开放使用。

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