美國防部召集微軟研究實用規(guī)模量子計算 意在搶占全球領(lǐng)導地位

極客網(wǎng)·極客觀察2月3日 據(jù)報道，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)計劃與微軟合作，研究如何實現(xiàn)實用規(guī)模（utility-scale）的量子計算，致力尋求在量子技術(shù)方面占據(jù)全球領(lǐng)導地位。微軟是被該部門選為探索非主流量子計算解決方案的三家公司之一。分析師表示合作開發(fā)大規(guī)模量子計算項目將是實現(xiàn)量子技術(shù)長期潛力的關(guān)鍵。

開發(fā)量子計算的幾種技術(shù)路線

開發(fā)量子計算有很多種方法，目前還不清楚哪一種方法在未來幾十年中占據(jù)主導地位。這場競賽是為了實現(xiàn)可持續(xù)的、可擴展的容錯處理，以完成傳統(tǒng)超級計算機不可能完成或不可行的計算任務。DARPA正在投資開發(fā)目前尚未實現(xiàn)的量子計算想法，這些想法可能在未來達到實用規(guī)模。

盡管在金融和制藥領(lǐng)域有一些早期的應用案例，但量子計算技術(shù)仍處于早期的研究和開發(fā)階段。盡管有兩項技術(shù)（即俘獲離子和超導量子比特）最常被使用，目前并沒有哪一項技術(shù)占據(jù)主導地位。

在俘獲離子量子處理器中，帶電粒子懸浮在自由空間中，量子比特存儲在每個離子的穩(wěn)定電子狀態(tài)中。這在包括Oxford Ionics、IonQ和Quantinuum在內(nèi)的初創(chuàng)公司中很受歡迎，部分原因是它的量子比特的壽命較長，而且也是量子計算更成熟的方法之一。

另一項主要技術(shù)是超導量子計算，該領(lǐng)域的一些大公司（例如IBM、谷歌、D-Wave、IQM等）都在采用這種技術(shù)，甚至微軟也在使用。在這種方法下，超導電路被用來進行量子運算。這是最成熟的量子計算形式之一，可以提供比其他類型更多的量子比特，并且需要更少的能量。

除了這兩種技術(shù)之外，還有其他一些公司正在開發(fā)其他方法，其中包括光子學、核磁共振、量子退火和拓撲量子計算。

DARPA攜手微軟聚焦實用規(guī)模量子計算

拓撲量子計算是微軟的一個新的重點，也是該公司將其作為DARPA達成合作伙伴關(guān)系的一部分進行探索的領(lǐng)域。 

另外Atom和PsiQuantum兩家公司也將與DARPA合作，旨在探索量子技術(shù)如何擴展到計算價值超過成本的程度，并比傳統(tǒng)預測的速度快得多。

其中，Atom正在基于大型光學捕獲原子陣列構(gòu)建高度可擴展的量子計算機，而PsiQuantum正在使用基于硅光子學來建造基于光子量子比特晶格結(jié)構(gòu)的糾錯量子計算機。

微軟Azure的量子團隊正在構(gòu)建一個基于拓撲量子比特的工業(yè)規(guī)模量子計算機。該公司表示，從理論上來說，這應該能夠使他們制造出一個足夠小的量子計算機，可以放在一個柜子里，計算速度足夠快，可以在采用超過100萬個量子比特解決以前無法解決的問題。

微軟工程師在一篇博客文章中寫道:“我們對這一設計充滿信心，因為我們在物理學上取得了重大突破，為世界上第一個拓撲量子比特的工程設計掃清了一個主要障礙，最終構(gòu)建了一個規(guī)模化的量子機器?！?/p>

微軟沒有像其他量子計算公司那樣，一次只進行少量量子比特的小規(guī)模迭代更新，而是專注于開發(fā)更大規(guī)模的量子計算技術(shù)，其方法基于至少需要100萬個量子比特來執(zhí)行任何有用的計算。 

這也是促使DARPA與該公司合作的原因。作為其未探索的實用規(guī)模量子計算系統(tǒng)（US2QC）計劃的一部分，DARPA希望減少沒有進行探索的量子方法帶來戰(zhàn)略意外的危險。

DARPA國防科學辦公室US2QC項目經(jīng)理Joe Altepeter在一份新聞稿中解釋說：“我們在去年發(fā)出了一個呼吁，如果有人認為他們在不久的將來（10年以內(nèi)）有一個真正革命性的方法來建造真正可用的量子計算機，我們希望聽到他們的建議，并積極與他們合作，資助更多的技術(shù)專家加入開發(fā)團隊，并為他們提出的解決方案提供嚴格的政府核查和驗證?！?nbsp;

DARPA希望占據(jù)美國在量子計算領(lǐng)域領(lǐng)導地位 

DARPA的最終目標是推動美國在一個具有重要戰(zhàn)略意義的技術(shù)領(lǐng)域的商業(yè)領(lǐng)導地位，并確保國家安全，避免在其他國家在美國尚未廣泛探索的領(lǐng)域領(lǐng)先時出現(xiàn)任何重大意外。 

這三家公司將各自提出自己的設計概念，描述他們對實用規(guī)模量子計算機的計劃，該計劃將對所有系統(tǒng)和子系統(tǒng)進行嚴格的設計，一旦構(gòu)建和測試完成，DARPA的測試和驗證團隊將對該概念進行更詳細的評估，并將進入下一階段，該階段可能會看到這些機器在現(xiàn)實世界中的實現(xiàn)。

風險投資商OpenOcean合伙人Ekaterina Almasque是量子計算初創(chuàng)廠商IQM公司的早期投資者。她表示，量子計算是一項長期投資，其發(fā)展在很大程度上依賴于政府部門和大型科技公司的研究預算，包括那些播種早期種子和培育生態(tài)系統(tǒng)的具有遠見的組織。 

她指出：“DARPA在突破性研究方面有著悠久的歷史，他們認為規(guī)模是量子計算的關(guān)鍵因素，這一點很有說服力。我們現(xiàn)在還沒有進入量子時代，但也沒有像一些觀察人士所說的那樣處于災難性的‘量子冬天’?！?/p>

“我們所處的時代是一個令人興奮的創(chuàng)新時代，任何事情都有可能發(fā)生。在這個時代，小型初創(chuàng)企業(yè)有機會取得突破，擴大規(guī)模，并與微軟等科技巨頭進行競爭?！彼硎?，“雖然距離量子霸權(quán)(量子計算機超越傳統(tǒng)計算機的時刻)還有一段時間，我們可能短期內(nèi)看不到功能完備的量子計算機，但預計未來十年將取得很大進展。”

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