科技产业有少数领域会像量子计算那样复杂又有吸引力。多年来,业界一直有人承诺机器能够破解最难以破解的编码信息,解开物理世界的秘密,让超级计算机蒙羞。
但是,目前还没有一台量子计算机能够取得“量子优势”,所以该领域最有名、资金最充足的初创企业之一Rigetti Computing希望大家能够降低期望。
目前,Rigetti面临的挑战是:它可以用量子计算机解决一台传统机器无法解决的单一的问题吗?即使它只是可以比超级计算机更快或更经济的解决问题,也可以让加州伯克利公司的物理学家和数学家团队欣喜若狂。
不过目前为止这个场景还无法实现。现在我们的笔记本电脑可以解决几乎所有的问题,当然量子计算机也能做到这一点。 目前不仅仅是是Rigetti面临着谜团,即使是拥有更强大的量子计算机的IBM和谷歌都还没有公开表示已经取得了“量子优势”。这个术语是指量子计算机能够比传统计算机更有效地完成某些任务的理论时刻。它相当于一个奇点式的突破时刻,但更呆板和模糊。
公司创始人Chad Rigetti表示:“现在,我们关注的是追求量子优势,量子计算是没有冒烟的枪,如果能够达到这一目标,效果将是惊人的。”
Rigetti几乎把他的全部时间都倾注在了一个尚未实现的计算理论上。2009年,他在耶鲁大学(YaleUniversity)获得应用物理学博士学位,之后在国际商用机器公司(InternationalBusinessMachines Corp.)的量子计算小组担任研究员,苦干了一段时间。2013年,在他34岁的时候创办了Rigetti计算公司。
Rigetti聘用了美国宇航局、雷神公司、伯克利大学、斯坦福大学以及耶鲁大学的前高级研究人员。他们建立了自己的量子计算机,但是他们并没有没有获得足够的研发资金。不过他们确实拥有1.19亿美元,其中5000万美元来2017年底一笔此前未报告的风险资本交易。
Rigetti已经为量子计算机设计了一种微芯片,它的量子计算能力是该公司目前机器的六倍以上。它比IBM的50-bit计算机和谷歌的72-qubit的机器都更强大。他们希望在未来12个月内制造出一台128量子比特的计算机。如果成功的话,它可能成为世界上最强大的量子计算机,并且有可能超越传统的超级计算机。Rigetti说:“我们在所有这些不同的战线上都取得了非常快,甚至可以说是指数式的进展,这就是量子优势。”
但是,量子计算机比传统计算机更容易出错。量子计算机不像传统计算机那样使用电信号产生一系列的零和一信号,而是依赖于光子的真实机械行为,光子是微波能量包。这些机器需要一个复杂的、多层次的制冷过程,将量子芯片的温度控制在绝对零度以上。通过消除某些粒子和其他潜在的干扰,剩余的光子被用来解决计算问题。这个系统的真正神奇之处在于光子如何被纠缠并产生不同但相关的结果。科学家们只部分地理解了为什么它的工作方式是这样的。
达特茅斯学院物理学助理教授詹姆斯·惠特菲尔德(JamesWhitfield)说:“一般来说,量子算法涉及的量子位数越多,就越容易出错。在模拟氢分子方面,IBM的量子计算机比Rigetti的计算机表现得更好。但是128-qubit版本可能会改变他的计算方式。”
即使Rigetti成功地超越了Google和IBM,他们仍然不知道这台机器有什么用。研究人员有他们最喜欢的理论:更有效地分析大型数据库、精确的氢原子模型或先进的人工智能。但所有这些都没有得到证实。
Rigetti表示:“我打赌量子优势的第一次展示将出现在机器学习上。”但有些人确认为量子优势的第一次应用将会是在模拟化学物质或有机分子方面。
对Rigetti来说,幸运的是一些公司已经愿意花钱去使用他们的电脑,尽管Rigetti并没有透露这些公司的名字。像应用程序开发人员使用的旧金山公司Pivotal Software和多伦多计算机显示器制造商OTI Lumionics.等公司也正在通过云试验Rigetti的计算机。 不过Rigetti拒绝透露它拥有多少客户、业务以及收入。
OTI Lumionic材料发现主管Scott Genin使用Rigetti计算机研究用于屏幕的新型有机发光二极管。他说,量子计算机并不是进行这些实验的最有效或最具成本效益的方法,但他想在技术达到一个突破口之前熟悉它。Genin表示:“我仍然在模拟我们在超级计算机集群上设计的几乎所有分子,我发现一些量子计算专家,尤其是理论领域的专家,对量子计算机的生存能力有很多悲观的看法。我并不认同他们的观点。”
Rigetti的竞争对手D-Wave公司表示,它相信量子优势就在眼前。D-Wave 首席执行官韦恩·布朗内尔(Vern Brownell)在一份声明中表示:“虽然许多人预测量子优势的实现仍需几十年,但我们相信或许在两年内就能实现。”
Rigetti公司位于加州弗里蒙特的实验室里,员工们盯着显微镜,等待机器人清洗金属晶片。在伯克利,员工们用冰箱把芯片冷却到最低温度。
通过光学显微镜,我们可以看到量子逻辑门,它使一切成为可能。这里的团队正在研究将16-qubit芯片串联在一起,以便在128-qubit设计上执行。对此至关重要的是一种新的量子芯片,它以三维而不是当前的二位方式传递结果,它允许Rigetti像拼图一样将芯片组装在一起,并将它们变成一台功能更强大的计算机。Bestwick说:“我们下一步的工作是让它可以无限地扩大。”
作为一项业务,量子计算仍处于研发阶段。对于风险投资家来说,这是一个艰难的选择。Rigetti最大的支持者安德森-霍洛维茨(AndreessenHorowitz)打赌,科学界将比许多研究人员更快找到量子计算机的实际用途。安德里森·霍洛维茨(Andreessen Horowitz)合伙人维贾伊·潘德(Vijay Pande)表示:“直到现在,我们还感觉量子计算是未来的,是10年之后的未来。如果只是两年,并有机会从根本上改变世界时,风险投资就有意义了。”这对降低期望非常重要。
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