第11期 2021/06/30
IBM在美國之外的第一臺量子計算機上線
五年前，IBM推出了其首個5量子位的量子處理器，用戶可以通過該公司的云使用。五年之后的現在，該公司展示了他們的第一臺在紐約的數據中心之外的量子計算機。
在大西洋彼岸，來自德國Fraunhofer研究所（Fraunhofer Institute）的科學家們剛剛揭開了IBM Quantum System One的面紗——這是該國第一臺超導量子計算機，是藍色巨人（IBM）依據雙方的合約，專門為其建造的。
該設備使用了IBM的27量子位處理器，設備已經在幾周前上線，并已提供給Fraunhofer研究所的科學家和該研究所的一些合作伙伴使用。從現在起，Fraunhofer研究所歡迎該研究所之外的德國學術界和機構簽署月度合同，利用該計算機進行研究、教育和培訓。
Fraunhofer研究所和IBM的合約是去年簽署的，這標志著藍色巨人（IBM）的量子硬件在全球擴張的開始。該公司于2019年發布了Quantum System One，并將其定位為世界上第一臺商用量子計算機；但是，到目前為止，用戶只能通過云連接到位于紐約波基普西的IBM量子計算中心才能使用該設備。
首次將這類硬件帶到新地點絕非易事——而全球新冠肺炎的疫情還給這項工作增加了一些額外的障礙。IBM的首席量子專家Bob Sutor解釋說，在通常的情況下，該公司會將一些關鍵部件運往德國，并派出一個內部的專家團隊到德國進行量子計算機的組裝，但是全球肆虐的新冠肺炎疫情帶來了新的挑戰——一切組裝工作都必須遠程完成。
IBM的工程師們不得不采用遠程組裝的方式——這種方式受到了美國國家航空航天局（NASA）的啟發。Sutor對ZDNet表示：“如果你不能夠跑到他們面前說‘做這個’，你該如何培訓幾千英里之外的人呢？” Sutor表示：“我們必須遠程培訓當地的團隊，并且和他們遠程配合，將所有的東西組裝在一起，并讓機器運行起來。為此，我們開發了一種新技術，可以將這些系統部署到世界各地，而且不需要我們自己親臨現場。這種方法奏效了。”
為了在當地的IBM開發實驗室培訓德國的工程師們，Sutor的團隊開發了一個量子計算機組裝的虛擬課程。從安裝計算機的制冷系統到操縱Falcon處理器，事無巨細，沒有遺漏任何細節，設備按照原定計劃成功組裝好了。
對于Fraunhofer研究所而言，這意味著該研究所及其合作伙伴現在可以使用專為德國機構構建的先進量子計算機，無須依賴云訪問美國的系統了。
自從宣布與IBM合作以來，該研究所就一直忙于研究量子計算的潛在應用，并設計量子算法，這些算法可能比經典計算更具優勢。
這是因為量子計算尚處于起步階段，盡管研究人員們對該技術的潛力抱有巨大的期望，但是大部分關于該技術的前景仍然處于理論階段。現有的量子處理器（例如IBM 的 Falcon）的量子位太少，而錯誤率又太高，無法解決與商業相關的大規模問題。因此，研究工作中還包含著為該技術尋找合適用例的內容，以便在硬件準備就緒之后能夠充分加以利用。
Sutor 表示：“對于用戶來說，他們需要現在就進入，他們需要了解什么是量子計算機，它們有什么用處，以及哪些使用量子計算機的可行方法將會比使用經典計算更具優勢。”
在Fraunhofer研究所，研究人員一直在研究各種應用，從金融投資組合優化到制造商的物流規劃，通過可以增強關鍵基礎設施和分子模擬的糾錯協議，推動化學和材料的發現。
例如，該研究所一直在與德國航空航天中心（German Aerospace Center）合作研究，以確定量子算法是否可以模擬儲能系統內的電化學過程——這反過來又可以幫助設計性能更好、能量密度更高的電池和燃料電池。
對于Fraunhofer研究所的研究協調員 Annkatrin Sommer 來說，選擇 IBM 作為量子合作伙伴是理所當然的。她對ZDNet表示：“我們真的很想采用尖端技術，這樣你就可以可盡快開始開發算法了。”
在量子計算方面，IBM的產品具有一些顯著的優勢。自從其首款基于云的量子處理器發布以來，該公司現在已經制造了20多臺Quantum System One機器，這些設備在被全球超過145家機構使用。這些云處理器每天要建立20億個量子電路（quantum circuits），到今年夏季結束之前，IBM有望突破1萬億個量子電路。
Quantum System One 中使用的 Falcon 處理器是 27 個量子位的，但該公司正在并行開發一種名為 Hummingbird 的芯片，該芯片具有 65 個量子位。藍色巨人最近發布了量子硬件路徑圖，在這份路徑圖中，IBM承諾到 2023 年實現超過 1,000個量子位——足以開始看到量子計算的早期結果。最終，IBM 的目標是生產百萬量子比特級別的量子系統。
Sutor表示：“如果我扔給你一個玩具系統并且說：‘給你，玩吧，我不知道它是否能讓事情變得更好’——那么沒人會在意的。”Sutor表示：“人們需要相信這些機器以及機器上運行的軟件和應用程序，相信它們能夠比傳統計算機更快、更好地工作。”
對于像Fraunhofer研究所這樣的研究機構來說，IBM的量子技術承諾的快速擴張很有吸引力。這家德國的機構并不是唯一一家押注藍色巨人的機構。作為與東京大學合作的一部分，IBM今年還將在日本安裝Quantum System One系統；而在美國，克利夫蘭診所（Cleveland Clinic）剛剛向IBM下了5億美元的訂單，以構建本地的量子硬件。
但是，盡管擁有了IBM的設備，Fraunhofer研究所的研究團隊仍然熱衷于強調現在判斷量子計算的哪種方法或者哪些方法將首先取得成果還為時尚早。這個行業正在快速地擴張，隨著新公司不斷加入這股量子計算的熱潮，想要區分炒作和現實是很困難的。
這就是為什么在投資IBM的超導量子位之外，Fraunhofer研究所還在研究使用其他不同方法——例如離子阱 (Ion trap)或者金剛石量子計算（diamond）——的原因。
Sommer表示：“目前，還無法斷言哪種技術是最好的。” Sommer表示：“而且我們可能會同時針對不同的用例采用不同的技術。用不同的方法做項目，然后在一段時間之后，衡量一下取得的進展以及是否達到了目標，這種做法是很有意義的。然后，你再決定應該繼續使用哪種技術。”
為了在量子計算領域內領先，全球的競爭正在日益激烈，而亮閃閃的Quantum System One新系統讓德國在這場競爭中處于有利地位。
在歐盟10億歐元（折合12億美元）的量子旗艦計劃之外，德國政府已經啟動了一項20億歐元（折合24億美元）的資助計劃，該計劃的目標是在該國推廣量子計算技術。
與此同時，美國2018年的《國家量子倡議法案》（National Quantum Initiative Act）計劃撥款12億美元。而中國也毫不掩飾其想成為領先的量子超級大國的雄心。
英國政府也已經為國家量子技術計劃（National Quantum Technologies Programme）投資了總計10億英鎊（折合13.7億美元）。在接下來的幾年里，該國希望效仿德國，建造該國第一臺商用量子計算機，該計算機將由總部位于美國加利福尼亞州的Rigetti Computing公司建造。
本文章選自《AI啟示錄》雜志，閱讀更多雜志內容，請掃描下方二維碼
