近日，在AWS re：Invent全球大會(huì)上，亞馬遜官宣AWS三箭齊發(fā)量子計(jì)算組合拳：Braket、AWS量子計(jì)算中心和量子解決方案實(shí)驗(yàn)室。

隨著亞馬遜的強(qiáng)勢入局，加上此前鼓吹量子霸權(quán)的谷歌、起步最早的IBM、暗自發(fā)力的微軟，這場關(guān)于量子計(jì)算的巨人戰(zhàn)爭正式打響。

看似入局新人，實(shí)則有備而來

從最近的情況看，亞馬遜的切入點(diǎn)還是比較務(wù)實(shí)的。因?yàn)榱孔佑?jì)算還是處于初級階段。因此，企業(yè)級應(yīng)用尚未形成，而亞馬遜希望借助Braket幫企業(yè)客戶開始學(xué)習(xí)和試驗(yàn)量子計(jì)算，通過比較不同量子技術(shù)的開發(fā)、仿真和測試環(huán)境，評估適合自身發(fā)展的演化路徑。

一直以來，AWS提供著從磁盤存儲(chǔ)到衛(wèi)星控制天線等 160多種服務(wù)，這次亞馬遜選擇了非自建而是將量子計(jì)算機(jī)訪問放入其云服務(wù)的范圍，讓客戶通過AWS就可以訪問合作伙伴的量子計(jì)算系統(tǒng)。

Braket，名稱來自量子力學(xué)的狄拉克符號——“bra-ket”，用來描述量子力學(xué)狀態(tài)。它讓客戶可以自行構(gòu)建量子算法和基本應(yīng)用程序，然后在AWS上進(jìn)行模擬測試。

目前，亞馬遜的合作伙伴展示了三種不同的量子處理器方法，它們是基于量子比特(qubit)設(shè)備構(gòu)建的，量子比特將數(shù)據(jù)編碼成量子力學(xué)效應(yīng)。其中，舊金山灣區(qū)的Rigetti 使用了與 IBM 和谷歌相同的超導(dǎo)芯片;加拿大的D-Wave使用類似方法來使處理器進(jìn)行量子退火(quantum annealing);馬里蘭大學(xué)的衍生企業(yè) IonQ 使用激光控制的離子阱(Ion trap)裝置。亞馬遜表示，該服務(wù)預(yù)計(jì)2020年向所有企業(yè)客戶推出。

亞馬遜進(jìn)軍量子計(jì)算，迅速得到了合作伙伴的積極反饋。波音公司表示，正在從事與基礎(chǔ)材料、系統(tǒng)優(yōu)化、安全通信等方面切入量子計(jì)算研究，希望借助顛覆性的量子計(jì)算、傳感和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決航空航天行業(yè)遇到的挑戰(zhàn)，提升產(chǎn)品和服務(wù)。因此，在發(fā)展的過程中，特別期待與AWS協(xié)作。

應(yīng)該說，從一開始，亞馬遜就在搭建產(chǎn)學(xué)研一條龍服務(wù)。

而把“AWS量子計(jì)算中心”實(shí)驗(yàn)室建在加州理工旁邊，亞馬遜的初衷也是希望匯集人才，促進(jìn)科學(xué)和工業(yè)的創(chuàng)新。

尤其是在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法企及的領(lǐng)域，量子計(jì)算很可能在儲(chǔ)能、化工、材料、藥物、工藝優(yōu)化和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

一邊是高校，一邊是企業(yè)，亞馬遜的橋梁紐帶作用定位明確，并且著力打造量子解決方案實(shí)驗(yàn)室，將計(jì)劃把研討會(huì)與頭腦風(fēng)暴相結(jié)合，幫助客戶從業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)倒推，逐步地、有效地使用量子計(jì)算機(jī)，進(jìn)而開始開發(fā)自己的量子計(jì)算策略，建立內(nèi)部的專業(yè)知識(shí)，最終部署量子應(yīng)用。

目前，合作伙伴網(wǎng)絡(luò)(APN)成員包括：1Qbit、Rahko、Rigetti、QCWare、QSimulate、Xanadu和Zapata。

作為入局的新人，亞馬遜量子計(jì)算的“三駕馬車”布局算是合理，顯然經(jīng)過了深思熟慮。

這時(shí)回頭看看其他三強(qiáng)的表現(xiàn)，我們或許可以一窺量子領(lǐng)域的現(xiàn)狀。AWS副總裁比爾瓦斯表示，亞馬遜開展量子計(jì)算研究大概四年時(shí)間，而其他三強(qiáng)(微軟、IBM、谷歌)都在八年以上。微軟則聲明自家的技術(shù)將更具實(shí)用性。

在云計(jì)算領(lǐng)域，微軟快了一步

大概是2016年開始，IBM就已經(jīng)提供了訪問其量子硬件的網(wǎng)絡(luò)渠道，谷歌也宣布不久后將開啟類似服務(wù)。上述兩強(qiáng)在原型量子處理器方面的研究處于前沿地位，并與大眾汽車、摩根大通等簽訂了合作協(xié)議，共同開展量子計(jì)算在電動(dòng)汽車電池開發(fā)和金融市場建模方面的研究。

在云計(jì)算領(lǐng)域，亞馬遜和微軟兩家占據(jù)主導(dǎo)地位。兩家公司去年總共占據(jù)了云市場的60%。其中，亞馬遜的份額遙遙領(lǐng)先于微軟(據(jù)Canalys 2018年的數(shù)據(jù)，31.7% vs 16.8%)。不過，近期微軟剛剛從美國國防部手里搶到了100億美元云計(jì)算大單，這令亞馬遜非常惱火。

而就在上個(gè)月的Ignite 2019上，微軟發(fā)布了Azure Quantum量子服務(wù)，其中包括量子解決方案，量子軟件和量子硬件。Azure Quantum是一個(gè)完整的開放式云生態(tài)系統(tǒng)，它將使量子計(jì)算組織獲益。

微軟推出量子計(jì)算云服務(wù)Azure Quantum

微軟正在與1QBit、霍尼韋爾、IonQ和QCI合作，提供各種量子解決方案、軟件和硬件。其實(shí)早在2017年，微軟首次發(fā)布了量子開發(fā)套件(Quantum Development Kit)的首個(gè)公開預(yù)覽版，還發(fā)布了Q#編程語言、量子計(jì)算模擬器和其他資源。

在Build 2018上，微軟宣布開放其Q#編譯器和量子開發(fā)工具包中的量子模擬器的源代碼的計(jì)劃。

今年年初，微軟宣布推出微軟量子網(wǎng)絡(luò)(Microsoft Quantum Network)，這是一個(gè)由個(gè)人和組織共同致力于推動(dòng)量子計(jì)算的全球社區(qū)。

微軟量子網(wǎng)絡(luò)成員將與微軟合作，以學(xué)習(xí)、研究和啟動(dòng)量子計(jì)算應(yīng)用程序和硬件，并可以訪問量子開發(fā)套件，成員還享有訪問量子開發(fā)工具包、重要研究和專家、獨(dú)家訪問Azure服務(wù)以及參加量子編程和算法開發(fā)研討會(huì)的權(quán)利。

與谷歌的“量子霸權(quán)”不同，微軟花數(shù)年研究名為“拓?fù)淞孔游?rdquo;(topological qubit)的技術(shù)，希望為量子計(jì)算機(jī)夯實(shí)基礎(chǔ)。微軟量子計(jì)算軟件部門總經(jīng)理克里斯塔·斯沃爾表示，在花了五年時(shí)間搞清楚拓?fù)淞孔颖忍厮璧膹?fù)雜硬件后，微軟近乎準(zhǔn)備好將它們投入使用。

結(jié)果，微軟在量子計(jì)算的搶跑，刺激了亞馬遜，后者立刻表態(tài)迎戰(zhàn)。正因?yàn)閬嗰R遜和微軟都沒有自己的量子硬件，反而確定了他們獨(dú)立第三方的靈活運(yùn)行模式。不過，從長遠(yuǎn)角度說，亞馬遜還是會(huì)推出自己的量子處理器。

谷歌與IBM神仙打架

說起谷歌，其憑在《Nature》“量子霸權(quán)”雄文，量子計(jì)算200秒=地球最強(qiáng)超算1萬年，震驚了世界。連總統(tǒng)女兒伊萬卡都在推特上點(diǎn)贊。對此，谷歌CEO 桑達(dá)爾·皮查伊在接受《MIT科技評論》時(shí)激動(dòng)地說，量子霸權(quán)就像飛機(jī)被發(fā)明，火箭上太空，足以載入史冊。

皮查伊回顧道：2006年，谷歌科學(xué)家Hartmut Neven開始研究用量子計(jì)算為機(jī)器學(xué)習(xí)加速，并催生了谷歌AI量子團(tuán)隊(duì)。

CES上，IBM把整個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)集成到一個(gè)玻璃盒中，作為能獨(dú)立工作的綜合設(shè)備展出

2014年，美國物理學(xué)會(huì)院士約翰馬迪尼斯加入了谷歌，擔(dān)任谷歌量子硬件首席科學(xué)家，領(lǐng)導(dǎo)構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的工作。

2016年，量子計(jì)算理論首席科學(xué)家Sergio Boixo在Nature Communications上發(fā)表了相關(guān)論文，最終聚焦了量子霸權(quán)的計(jì)算任務(wù)上來。

2018年10月，因?yàn)榧又荽蠡穑雀枋タ死瓕?shí)驗(yàn)室被迫關(guān)閉，一眾被休假的科學(xué)家，反而在量子霸權(quán)上實(shí)現(xiàn)了思維躍遷。

另據(jù)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，谷歌去年跟NASA立下flag：今年實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)，讓53位的量子計(jì)算機(jī)的算力秒殺傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。雙方合作用的量子芯片叫Bristlecone，有72個(gè)量子比特。Bristlecone必須把超導(dǎo)電路維持在絕對零度附近，所以沒法搬離谷歌的實(shí)驗(yàn)室，NASA研究人員只能通過谷歌云API遠(yuǎn)程連接芯片。

按照約定，雙方2019年初在NASA最強(qiáng)的超級計(jì)算機(jī)Pleiades上對運(yùn)行仿真所需的軟件進(jìn)行編碼，并在今年7月，比較量子電路仿真和谷歌量子計(jì)算機(jī)硬件的結(jié)果。

雖然，谷歌和NASA一直持樂觀態(tài)度，但業(yè)界并不看好。阿里巴巴數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施和搜索技術(shù)部門認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)可能需要錯(cuò)誤率更低的量子芯片。

南加州大學(xué)量子信息科學(xué)與技術(shù)中心主任丹尼爾里達(dá)在接受《MIT科技評論》時(shí)稱，量子霸權(quán)似乎還需要其他方式抑制錯(cuò)誤。

雖然同行眾說紛紜，但是如果評論通過，就可以彈冠相慶。此前，NASA官網(wǎng)曾爆料草稿烏龍事件，但最后論文登上《Nature》，似乎宣告了量子計(jì)算的新時(shí)代。

于是冷眼旁觀的IBM坐不住了，直接發(fā)文怒懟谷歌“誤導(dǎo)大眾”。藍(lán)色巨人認(rèn)為，谷歌的量子霸權(quán)說法是有缺陷的。因?yàn)槠湓诓]有充分利用超級計(jì)算機(jī)的全部能力的情況下進(jìn)行競爭的。

IBM認(rèn)為，谷歌調(diào)整了baseline，并涉及證明一組數(shù)字是否隨機(jī)分布。論文中所謂量子計(jì)算機(jī)的處理器Sycamore(梧桐)只需200秒就解決了超算需要1萬年的問題(相當(dāng)于18億倍)。

而實(shí)際上，安裝在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的最先進(jìn)的200-petaflop IBM超級計(jì)算機(jī)可以在兩天半解決戰(zhàn)斗，雖然沒有谷歌快，但差距沒有一萬年那么久。所以，IBM認(rèn)為谷歌的量子霸權(quán)純粹是在忽悠。

對此，谷歌表示不予置評。

必爭的賽道也是豪賭的未來

200秒與2.5天，相差1080倍。這成功引起了業(yè)界乃至公眾對于量子霸權(quán)的興趣。

但在媒體吹爆谷歌里程碑意義的同時(shí)，也必須看到，從去年特朗普簽署了《國家量子倡議法案》，在成立科技政策辦公室(OSTP)的同時(shí)，也宣布將在未來五年撥款12億美元支持量子計(jì)算的研發(fā)。

響應(yīng)國家號召，谷歌、IBM、微軟、亞馬遜等科技巨頭紛紛加入戰(zhàn)局。最近研究顯示，風(fēng)投已經(jīng)向探索量子計(jì)算的初創(chuàng)企業(yè)投資了超過4.5億美元。

當(dāng)量子計(jì)算成為美國的國家戰(zhàn)略，那么未來的全球競爭將會(huì)是業(yè)界新的主線。據(jù)《南華早報(bào)》報(bào)道，人類大腦已知的這個(gè)最微小的領(lǐng)域?qū)野踩⑸虅?wù)、醫(yī)學(xué)、武器以及與計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的幾乎一切事物都有重大影響。

這是因?yàn)榱孔佑?jì)算在速度和功率方面有望比現(xiàn)有最大超級計(jì)算機(jī)還要高出多個(gè)數(shù)量級。因此，美國、歐盟和中國都在激烈爭奪這個(gè)高科技“必殺技”。

可是，美國政府并不樂意把這一切交給隨心所欲的企業(yè)去做。至少，聯(lián)邦政府正在實(shí)施兩項(xiàng)計(jì)劃，精簡和協(xié)調(diào)量子計(jì)算及其他與量子相關(guān)的私人與公立研究項(xiàng)目。這些計(jì)劃旨在制定國家戰(zhàn)略，確保美國維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的霸主地位。

中國也在量子領(lǐng)域不斷尋求突破。按照中國的“十三五”規(guī)劃綱要的要求，量子計(jì)算機(jī)已被列入科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目。其中，中國在國家級量子實(shí)驗(yàn)室上投入了4億美元，近年來獲得的量子技術(shù)專利幾乎是美國的兩倍。

不得不說，量子計(jì)算正在成為兵家必爭之地。然而，比起傳統(tǒng)的圖靈機(jī)、馮諾伊曼架構(gòu)以及經(jīng)典計(jì)算，量子力學(xué)中的量子糾纏曾經(jīng)讓愛因斯坦發(fā)出“鬼魅般的超距作用”的慨嘆。

而當(dāng)加速旋轉(zhuǎn)的量子比特登堂入室，成為龐然大物——量子計(jì)算機(jī)，人類也見證了量子計(jì)算快到極致、加密破譯的瘋狂。

或許量子霸權(quán)的意義大于內(nèi)容，在解決容錯(cuò)、糾錯(cuò)等噪聲難題任重道遠(yuǎn)，但是它讓業(yè)界進(jìn)入了一片新天地。

澳大利亞悉尼新南威爾士大學(xué)的量子物理學(xué)家米歇爾西蒙斯說，“看起來谷歌給了我們首個(gè)量子加速在真實(shí)世界中是可行的實(shí)驗(yàn)證明，”也許這會(huì)吸引更多的計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工程師到量子計(jì)算領(lǐng)域來，從而使該領(lǐng)域獲益。