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QC观察丨Rigetti计算公司欲打造128量子比特量子计算机

 

QC观察丨Rigetti计算公司欲打造128量子比特量子计算机

科技产业中有几个偏门的研究领域和量子计算一样复杂而诱人。多年来,量子计算的传道者已经放言,量子计算机能够攻克最难破解的编码信息的设备,解开物理世界的秘密属性,其能力令超级计算机望尘莫及。

Rigetti计算公司是这个领域最突出且资金充足的初创公司之一。现在,Rigetti给自己设置的挑战是:能否用用量子计算机解决一个传统超级机器无法解决的问题呢?即使只是比超级计算机解决一个问题的速度稍快或成本略低,加利福尼亚州伯克利市初创企业办公室的物理学家和数学家团队也会欣喜若狂。

到目前为止,这样的突破还没有出现。今天,你的笔记本电脑可以解决几乎所有的初创企业研制的量子计算机所能解决的一切问题,而且同样迅速。

不只是Rigetti一个企业面临这样的难题。拥有更强大的量子计算机的IBM和谷歌都还没有实现“量子优势”——一个量子计算机能够比传统计算机更有效的理论时刻,这是业界的里程碑式突破。

“现在,我们关注的是追求量子优势。”该公司创始人Chad Rigetti说,“量子计算没有冒烟枪(smoking gun),‘神圣的……,你改变了我的事业’。如果发展到了那个程度,产生的效果小不到哪里去。”

Rigetti把他的所有成年生活都花在了一个尚未实现的计算理论上。2009年从耶鲁大学获得应用物理学博士学位后,他花了七年时间在IBM的量子计算研发团队进行研究。2013年,34岁的Rigetti成立了Rigetti计算公司。

Rigetti有限公司(Rigetti & Co.)历经数年的发展,从一个初创企业走到今天。Rigetti雇用了曾就任于美国宇航局、雷神公司、伯克利大学、斯坦福大学和他母校的顶尖研究人员。在尚未获得其他公司投资的数十亿美元的研发预算之前,这家公司就已经自主研发了一台量子计算机。然而,截至去年年底,它已经获得了1亿1900万美元的融资,其中5000万美元来自之前未报道的风投协议。

现在,Rigetti认为他们可能已经有了一件值得吹嘘的事情——不过他很快指出,用他们的量子计算机解决很多的问题仍然可能出错。该公司为量子计算机设计了一个微芯片,它的量子比特数比Rigetti目前的量子计算设备的六倍还多。它将比IBM的50量子比特计算机和谷歌的72量子比特机器更强大。Rigetti希望在接下来的12个月里用128个量子比特来建立一个功能正常的量子计算机。如果成功的话,它可能是世界上最强大的量子计算机,并且可能会超过传统超级计算机。Rigetti说:“我们在所有不同的方面都取得了非常快速或指数倍的进步。一切都朝着实现量子优势的方向发展。”

然而,量子计算机比二进制机器更容易出错。量子计算机依靠光子行为工作,而不是使用电信号来产生一系列“0”和“1”。这些机器需要一个复杂的多层制冷过程,使量子芯片达到接近绝对零度的温度。消除某些粒子和其他潜在干扰之后,剩下的光子被用来解决计算问题。这个系统真正起关键作用的是光子如何纠缠并产生结果。科学家只理解了它的部分作用。

达特茅斯学院物理系助理教授James Whitfield说,一般来说,量子算法所涉及的量子比特越多,它就越容易出错。Whitfield说,IBM的量子计算机在模拟氢分子方面比Rigetti的计算机性能更好。但是128量子比特版本的设备或许可以改变这一结果。

不过,即使Rigetti的计算机成功超越了谷歌和IBM的设备,公司仍然不知道这台机器有什么用处。研究人员认为,理论上它可以用来:更有效地分析庞大的数据库、精确的氢原子模型或先进的人工智能。但这些应用尚未有一个被证明。

Rigetti说:“我敢打赌,量子优势的首次展示将会出现在机器学习上。”但该公司的一些员工认为建模化学药品或有机分子很可能是这一设备的第一次应用。

对于Rigetti来说,幸运的是,一些公司已经愿意付费使用初创公司研制的计算机,只是Rigetti并没有透露这些企业的名字。像Pivotal 软件公司和OTI Lumionics公司等企业也都在云上通过Rigetti的计算机进行实验。Pivotal 软件公司坐落在旧金山,是一家专为应用程序开发者开发实用工具的企业。OTI Lumionics公司总部位于多伦多,是一家柔性计算机显示器的制造商。

OTI Lumionics公司的材料发现部负责人Scott Genin使用RigeTi计算机研究用于显示屏的有机发光二极管的新形式。他说,量子计算机不是进行这些实验的最有效或最划算的方法,但他希望在它达到可能的拐点之前熟悉这项技术。“在这台设备上,我仍然是模拟我们在超级计算机集群上设计的所有分子。”Genin说,“我发现一些量子计算专家,特别是理论专家,对量子计算机的发展很悲观。我不同意他们的悲观主义观点。”

D-Wave系统公司表示,他们相信量子优势已经近在眼前了。D-Wave系统公司首席执行官Vern Brownell在一份声明中说:“虽然许多人预测量子优势的实现还需要几十年的时间,但我们相信它会更近——也许在两年之内。”

在加州弗里蒙特的Rigetti实验室,工人们盯着显微镜,等待机器人洗净金属晶圆。随后在伯克利,工人们用冰箱来冷却芯片,使之达到接近绝对零度的温度。

用肉眼看,量子芯片并不起眼。然而,在光学显微镜下,你可以看到量子计算的基础——量子逻辑门。这里的团队正在研究如何将16量子比特芯片结合起来执行128量子比特设计。该过程中起关键作用的是一种新型量子芯片,它可以在三维中传递结果,而不是当前的二维,这使得Rigetti能够像拼图块一样将芯片装配在一起,并将它们变成一个更强大的计算机。Rigetti的工程总监Andrew Bestwick说:“我们下一步要做的事情是可以将这些芯片无限期地缩放和平铺。”

量子计算这项业务仍处于研发阶段。这对风险资本家来说是个奇怪的选择。Andreessen Horowitz是Rigetti最大的支持者,他认为科学界距离发现量子计算机的实际用途已经很接近了,比量子科学家认为的更近。“直到最近,人们都一直认为要在十年后才能发现量子计算机的实际用途。”Andreessen Horowitz的合作伙伴兼RigeTi的董事会成员Vijay Pande说,“当某一个东西出现了两年,并且它有机会彻底改变世界,这就是风险投资的意义所在。”

本文是《量子计算前沿》基于相关资料原创编译,并整理在量子客(Qtumist.com)上发布。

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