谷歌和IBM：量子计算新时代即将到来

打造首台可实用化量子计算机的竞赛已硝烟四起，行业领军者谷歌（Google）与 IBM 均宣称能在五年内研发出全面成型的量子计算系统。

近期的技术突破，让人们对这项曾被视作 “天方夜谭” 的技术重燃信心。

“现在，它不再像一场梦了。”IBM 量子业务副总裁杰伊・甘贝塔（Jay Gambetta）表示，“我真切地认为，我们已经破解了关键密码，将能在 2030 年前造出这台机器。”

为何量子计算机研发如此艰难？

尽管大型科技公司的量子计算团队重燃信心，但他们面前仍横亘着艰巨的挑战。

迄今为止，全球顶尖科技公司始终未能实现量子系统从实验室实验到工业级应用的跨越。

目前的量子计算系统仅包含不到 200 个量子比特（qubit），而具备商业可行性则需将这一数量提升至 100 万个甚至更多。

不过，谷歌量子人工智能（Google Quantum AI）硬件部门负责人朱利安・凯利（Julian Kelly）坚信，其团队能够实现这一目标。

“所有工程与科学层面的挑战都是可以克服的。” 他说道。

然而，也有部分业内人士对研发时间表持更为谨慎的态度。

亚马逊云服务（AWS）量子硬件部门主管奥斯卡・潘特（Oskar Painter）认为，真正可实用化的量子计算机仍需 15 至 30 年才能问世。

“剩余的障碍在技术层面看似比基础物理难题更容易解决，但我们不应低估实现规模化所需的工程投入。” 他解释道。

行业内的技术路径分歧

为解决量子计算固有的不稳定性问题，各公司采取了截然不同的技术策略。

谷歌展示了一种 “随系统规模扩大而性能提升” 的量子纠错方案，该方案采用名为 “表面码”（surface code）的技术，将每个量子比特与其在二维网格中相邻的量子比特相连。

“任何公司若未先突破这一技术节点就贸然扩大规模，最终只会造出一台造价高昂却满是‘噪声’（干扰信号）的机器 —— 它耗费电力、占用大量人力与工程资源，却无法创造任何价值。” 朱利安表示。

IBM 则选择了另一条路径，采用 “低密度奇偶校验码”技术，并宣称该技术所需的量子比特数量比谷歌的方案少 90%。

但这种方法依赖于远距离量子比特之间的长距离连接，这会使系统复杂度大幅提升。

工程师面临的现实难题

除了理论层面的挑战，各公司还需应对众多实际工程问题。

这些问题包括：重新设计当前量子计算机中复杂的布线系统，以及研发尺寸大得多的专用制冷设备。

采用超导技术的量子系统必须在接近绝对零度（约 - 273.15℃）的环境下运行，这需要巨额的基础设施投入。

谷歌计划将组件成本降低 90%，以实现其 “整套系统成本控制在 10 亿美元以内” 的目标。

IBM 的实验性 “神鹰” 芯片拥有 433 个量子比特，但该芯片也暴露了规模化过程中的问题 —— 量子比特数量增加导致了组件间的干扰。

“像这样将大量量子比特堆叠在一起，会产生一种我们无法再控制的奇特效应。”Rigetti Computing 公司首席执行官苏博德・库尔卡尼（Subodh Kulkarni）表示，“这是一个亟待解决的棘手物理难题。”

政府关注度提升，量子竞赛白热化

尽管量子计算机研发困难重重，但各国政府近期对该技术潜力的认可程度大幅提升。

美国国防部高级研究计划局（DARPA）去年启动了一项全面研究，旨在找出哪些量子技术公司能最快实现实用化规模的突破。

这场竞赛还吸引了采用替代技术路径的公司加入，其中包括亚马逊（Amazon）和微软（Microsoft）—— 两家公司均宣称在量子比特设计上取得突破，采用了特殊物态来构建量子比特。

尽管挑战重重，行业内对 “实用化量子计算机会在2030年问世” 的信心依然高涨。若能实现，这项技术有望为材料科学、人工智能等多个领域带来革命性变革。

本文转载自 雪兽软件
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