Google正在推動量子計算走進現實世界

Google宣稱，其新款芯片Willow在求解某數學方程時，速度遠超傳統計算機，此消息再次點燃了圍繞量子計算的熱情。更重要的是，Google稱已跨越通向無誤量子計算機這一“技術巔峰”的關鍵門檻。

科技界對量子計算的炒作並非首次。2019年，Google推出Sycamore處理器時，也曾宣稱其在求解數學方程時超越了傳統計算機，實現了量子霸權（quantum supremacy），由此引發了上一輪熱潮。當時的新聞報導從各個角度詳述了這些“神奇機器”對各行各業的潛在影響。但熱潮很快消退，因其雖得到了驗證，但尚未滿足大規模應用的條件。而且英偉達持續推出的超高性能芯片在模擬量子計算方面表現出色，並規避了量子計算的弊端。

理解傳統計算與量子計算的差異，對瞭解該領域很有幫助。傳統計算機使用數字比特，借由電流的通斷操控微小晶體管，以0和1來處理信息。量子計算機則採用量子比特，依靠天然粒子或人造粒子處理0和1之間的數據。用繪畫類比，個人計算機芯片上的比特就像黑色或白色，量子比特則可以是色輪上的任意顏色。這種潛在的值數組正是量子計算如此強大的原因，也決定了它們能夠執行遠超傳統計算機能力的複雜運算。然而，問題在於量子比特極為脆弱，可能導致量子計算機丟失信息，產生錯誤。而Google的最新成果是能夠在更大規模上糾正這些錯誤。

Google的公告重燃公眾對量子計算的熱情，這是件好事。這個行業正在悄然取得巨大進展，有望為企業和政府研究人員提供極具價值的計算設備。投資者應當保持耐心。部分計算機制造商，如IonQ Inc．，聲稱他們的設備已經展現實際效用。這家初創公司的股價在本年度已上漲逾3倍，該公司計劃在其工廠打造5台量子計算機，並剛剛在瑞士搭建了一台。

眾多早期的量子計算機型號（雖容易出錯），如IonQ和Rigetti Computing的產品，均能通過亞馬遜的Braket與微軟的Azure平台進行訪問。這些平台也可接入其他公司的量子計算機，包括Pascal、Quantum Circuits Inc．以及由霍尼韋爾國際公司（Honeywell International Inc．）控製的Quantinuum製造的設備。IBM通過其Qiskit平台提供軟件工具，並開放了部份量子計算機型號的訪問權。Google提供軟件工具和模擬服務，但量子計算機尚未對外開放。

換句話說，儘管量子計算機容易出錯且功能有限，但可以通過基於雲的網絡訪問。行業資深人士，例如加州理工學院的約翰·普雷斯基爾（John Preskill），多年來一直秉持“量子計算尚需十年”的觀點，如今也開始感到興奮。

“量子硬件已經發展到能夠推進科學發展的階段，”普雷斯基爾在Willow發佈會所附視頻中說道，“我們可以研究此前從未觸及的複雜量子系統。”

普雷斯基爾說這些系統正在不斷改善。有鑒於此，霍尼韋爾應該抵禦投資者要求其出售Quantinuum股權的壓力，該公司持有54%的Quantinuum股權。目前，該行業已臨近為眾多行業的研究提供強大工具的關鍵階段，其價值必然會持續上升。投資者所主張的簡化霍尼韋爾集團模式的觀點，恰恰忽略了這一趨勢。

當然，量子計算機尚未準備好進入主流市場，因為這些設備仍存在較高的出錯率。但這場關於誰能率先打造出實用的量子計算機的競賽正進入衝刺階段，現在是關注投資機會的大好時機，同時也帶來了一場極具娛樂價值的“真人秀”。在這場競賽中，科學家們組隊對抗，力爭成為一個新的計算機時代的奠基者。不過，最終可能很難確定一個贏家，因為在技術能夠顯著推動科研發展之前，往往是逐步演進、累積提升的。

這場競賽之所以如此有趣，是因為它讓兩大技術路線或陣營形成對峙，以角逐終極目標：一台具備足量糾錯量子比特、以開展高級計算的機器。這兩大陣營的分歧將解答一個關鍵問題：人類能否製造出一種可生成量子態的物體，並進行充分的調整，使生成的量子態匹敵原子或光子等粒子所具備的天然量子態？

製造量子比特的陣營包括Google、IBM、Rigetti、IQM等公司，它們正在構建運用超導量子比特的計算機。在Willow公告中，Google介紹了其位於加州聖巴巴拉的專門製造超導量子比特的設施，以及該設施如何大幅提高了其量子比特處於量子態的時長。

另一陣營是利用原子或光子等天然粒子創建量子比特的公司。他們認為基於半導體技術進步的量子比特製造方法將面臨技術瓶頸，無法實現所需的製造精度和連接能力。此陣營包括製造受控離子計算機的IonQ和Quantinuum等公司，他們通過激光捕捉、控製和操縱原子（有初創公司選擇了光子）。超導陣營指出，用激光移動原子等粒子會產生錯誤並降低計算速度。對於用天然粒子製造的計算機來說，擴展能力是個大難題，而製造量子比特的公司能依靠半導體行業已有的擴展能力。

量子比特之間也存在差異。別忘了，這是真實粒子與人造粒子的比拚。或許兩種路徑都將在市場上占有一席之地。行業標準可能會著重於明確提供給程序員的糾錯或邏輯量子比特的數量。在Willow公告中，Google宣稱已超越“門檻以下”水平，能夠增加量子比特並減少錯誤。這一點至關重要，因為量子計算機需要加入備用量子比特來糾正和維持邏輯或糾錯量子比特的數量。傳統計算機也會糾錯，但晶體管出錯的概率本就微乎其微。

Quantinuum、IonQ、Atom Computing等基於原子的計算機制造商自認為在這場競爭中處於領先地位，因為他們的量子比特的錯誤率相對較低。今年4月，Quantinuum與微軟聯合發表了一篇論文，詳細闡述了如何使用30個物理量子比特構建4個邏輯量子比特。這裏需要提醒一下，研究人員曾表示，即使一台只有100個糾錯量子比特的計算機，也可以實現傳統計算機無法比擬的計算能力。

這場曠日持久的量子計算競賽正接近尾聲，且競爭步伐不斷加快。這將催生諸多商業機會。IonQ的股價剛剛創下曆史新高，Rigetti的股價自12月6日以來已然翻倍。Quantinuum可能在不久後上市。Google已經點燃了公眾熱情。霍尼韋爾等公司的投資者應該認識到，耐心等待將為他們帶來豐厚回報。