口罩巨頭挑戰(zhàn)“量子霸權(quán)”，3個(gè)月造出的『最強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)』靠譜不？

來(lái)源：數(shù)據(jù)觀(guān) 時(shí)間：2020-06-28 14:56:31 作者：

　　霍尼韋爾（Honeywell）最近可是非常忙活。作為全球數(shù)一數(shù)二的口罩廠(chǎng)商，疫情期間霍尼韋爾一直在努力生產(chǎn)口罩，大家對(duì)它的印象也多停留在口罩生產(chǎn)者的層面。但是事實(shí)上，人家是正經(jīng)的多元化高科技制造企業(yè)，航空產(chǎn)品、汽車(chē)產(chǎn)品、渦輪增壓器以及特殊材料統(tǒng)統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)。

　　今年3月，霍尼韋爾揚(yáng)言：“在接下來(lái)的三個(gè)月內(nèi)，我們將推出世界上性能最高的量子計(jì)算機(jī)?！?/p>

　　3個(gè)月后，6月18日，霍尼韋爾正式對(duì)外宣布：已經(jīng)建造了目前世界上性能最好的量子計(jì)算機(jī)，量子體積達(dá)到64，其性能是下一代量子計(jì)算機(jī)的兩倍，甚至超過(guò)了谷歌、IBM、英特爾的同類(lèi)產(chǎn)品。

???“不務(wù)正業(yè)”的口罩巨頭

　　2020年初，一場(chǎng)突如其來(lái)的疫情瞬間席卷世界各國(guó)，一時(shí)間醫(yī)療設(shè)備以及醫(yī)用防護(hù)用品成為了最為稀缺的東西，尤其是口罩。全球市場(chǎng)中名列前茅的口罩廠(chǎng)商也在這個(gè)特殊時(shí)期投入了百分百的精力生產(chǎn)口罩以滿(mǎn)足全球市場(chǎng)的需求。例如在口罩界大名鼎鼎的霍尼韋爾、3M等等，在口罩生產(chǎn)方面都具備出眾的實(shí)力和明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　然而，深挖之后，筆者發(fā)現(xiàn)霍尼韋爾并非單純的口罩生產(chǎn)商，旗下業(yè)務(wù)所涉及的領(lǐng)域也豐富多樣，該公司的確是全球口罩生產(chǎn)領(lǐng)域的霸主之一，但除了做口罩，霍尼韋爾還做過(guò)航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域的產(chǎn)品。日前，霍尼韋爾更是宣稱(chēng)造出了全球最強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)。

　　霍尼韋爾于6月18日公開(kāi)宣布，該公司已經(jīng)成功建造了現(xiàn)階段世界上性能最強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)H0。其成功建造的量子計(jì)算機(jī)的量子體積達(dá)到64，比此前IBM保持世界第一的32量子體積運(yùn)算能力量子計(jì)算機(jī)快一倍，相當(dāng)于上一代量子計(jì)算機(jī)的兩倍，在性能方面超越了谷歌、IBM的產(chǎn)品。不僅如此，霍尼韋爾還宣布，它們的的量子計(jì)算機(jī)還將對(duì)外出租使用，價(jià)格大約為1萬(wàn)美元1小時(shí)。

　　在量子領(lǐng)域，量子體積是IBM提出的用來(lái)衡量量子計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)指標(biāo)，量子計(jì)算機(jī)性能越強(qiáng)，量子體積也就會(huì)越大。

　　這個(gè)電離室存放著霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)的大腦

　　筆者從霍尼韋爾官網(wǎng)獲悉，霍尼韋爾是一家《財(cái)富》全球500強(qiáng)的高科技企業(yè)，其高科技解決方案涵蓋航空、樓宇和工業(yè)控制技術(shù)，特性材料，以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，并以 418 億美元的營(yíng)業(yè)收入位居 2019 年財(cái)富世界 500 強(qiáng)排行榜第 290 位。他們甚至致力于將物理世界和數(shù)字世界深度融合，利用先進(jìn)的云計(jì)算、數(shù)據(jù)分析和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決棘手的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)挑戰(zhàn)。

　　公開(kāi)資料顯示，霍尼韋爾成立于 1885 年，是一家具有 135 年歷史的企業(yè)。在創(chuàng)立初期主要業(yè)務(wù)是電子溫度調(diào)節(jié)器。到了 1927 年，霍尼韋爾開(kāi)始制造原子鐘，并成為當(dāng)時(shí)最大的原子鐘制造商。從 1934 年開(kāi)始，霍尼韋爾便開(kāi)始了全球化的擴(kuò)張之路，業(yè)務(wù)也開(kāi)始延伸至原子、安全警報(bào)以及火災(zāi)探測(cè)等領(lǐng)域。

　　而后，到了二戰(zhàn)期間，霍尼韋爾便開(kāi)始在制造業(yè)務(wù)上接觸軍工訂單，并由此建立了自己的航空部門(mén)。1969 年，人類(lèi)歷史上首個(gè)登月的阿波羅 11 號(hào)宇航員們所用的精密儀器表便是霍尼韋爾提供的。

　　在多個(gè)業(yè)務(wù)的加持下，霍尼韋爾不斷發(fā)展。1995 年，由霍尼韋爾開(kāi)始進(jìn)軍計(jì)算機(jī)市場(chǎng)，并成功的研發(fā)出計(jì)算機(jī)系統(tǒng) D-1000，并開(kāi)始了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的壯大之路?；裟犴f爾曾是當(dāng)時(shí)挑戰(zhàn) IBM 的眾多公司之一，其他公司包括 Burroughs、Univac、NCR、Control Data Corporation，它們與霍尼韋爾被統(tǒng)稱(chēng)為 BUNCH。而后，霍尼韋爾退出了大型主機(jī)的市場(chǎng)。

　　十余年后的霍尼韋爾再度進(jìn)軍計(jì)算機(jī)，難免有點(diǎn)“不務(wù)正業(yè)”之嫌。

　　從目前的業(yè)務(wù)發(fā)展來(lái)看，霍尼韋爾的主要有四個(gè)經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)部門(mén)——航空航天集團(tuán)、智能建筑科技集團(tuán)、特性材料和技術(shù)集團(tuán)、安全與生產(chǎn)力解決方案集團(tuán)。

　　發(fā)展量子計(jì)算需要涵蓋原子物理、低溫學(xué)、激光、磁學(xué)和精密控制系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)?；裟犴f爾董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官杜瑞哲認(rèn)為，霍尼韋爾此前在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)幫助公司在這一前沿技術(shù)領(lǐng)域取得了進(jìn)展。

　　霍尼韋爾在量子計(jì)算方面已經(jīng)布局了十余年，五年前認(rèn)真推出了計(jì)劃并低調(diào)研發(fā)。直到 2018 年，霍尼韋爾才宣布了其量子計(jì)算能力。

　　到了 2019 年年底，霍尼韋爾宣布和微軟合作，通過(guò)微軟的 Azure 量子服務(wù)，為霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)提供云接入服務(wù)。

　　而今，霍尼韋爾將推出量子計(jì)算機(jī)，恰恰是有了一個(gè)階段性成果。

　　三個(gè)月締造量子奇跡

　　值得注意的是，早在2020年3月，霍尼韋爾就曾揚(yáng)言，接下來(lái)的三個(gè)月內(nèi)將推出全球性能最強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)。

　　如今距離霍尼韋爾立下目標(biāo)剛好過(guò)去了三個(gè)月，而霍尼韋爾也兌現(xiàn)了之前的承諾，果真推出了目前“全球最強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)”H0?；裟犴f爾量子計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)人表示，其量子計(jì)算機(jī)使用了6個(gè)量子有效位，使其成為了當(dāng)前史上最強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)。

　　霍尼韋爾公司透露了他們這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的情況，其主機(jī)是一個(gè)籃球大小、用不銹鋼材質(zhì)做的一個(gè)真空室。它的真空度大約在為外太空的五分一（地球附近外太空大氣壓約為為10^-4pa），溫度約為-263℃，內(nèi)部，里面主要安裝了一個(gè)硅芯片離子阱系統(tǒng)。真空室預(yù)留了一個(gè)激光接入口，用于方便外圍的控制系統(tǒng)使用激光操控真空室內(nèi)離子阱系統(tǒng)上方懸浮帶正電荷的原子

　　霍尼韋爾量子計(jì)算部門(mén)總裁托尼·烏特利（Tony Uttley）表示，隨著公司增加更多量子比特，霍尼韋爾H0的量子體積將從今天的64增至64萬(wàn)。他說(shuō)：“你可以將量子計(jì)算機(jī)想象成為有很多座位的禮堂，現(xiàn)在我們正努力將座位填滿(mǎn)?！?/p>

　　烏特利還透露，霍尼韋爾正在開(kāi)發(fā)名為H1的系統(tǒng)，其性能將更優(yōu)于H0。

　　與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的量子計(jì)算機(jī)相比，霍尼韋爾的設(shè)計(jì)另一個(gè)重大區(qū)別在于其量子計(jì)算機(jī)可以在中途改變計(jì)算，這種名為「中路測(cè)量」的功能為量子算法開(kāi)辟了新的可能性。

　　霍尼韋爾預(yù)計(jì)，在自己的業(yè)務(wù)中使用量子計(jì)算機(jī)也會(huì)受益。烏特利表示，量子計(jì)算機(jī)將幫助該公司模擬對(duì)化學(xué)和材料科學(xué)有用的分子、執(zhí)行對(duì)石油和天然氣行業(yè)有用的優(yōu)化計(jì)算以及執(zhí)行對(duì)航空航天有用的 AI 工作。

　　霍尼韋爾董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官杜瑞哲認(rèn)為，量子計(jì)算能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的科學(xué)和商業(yè)挑戰(zhàn)，推動(dòng)計(jì)算能力、運(yùn)營(yíng)成本和速度的逐步改進(jìn)。由此，材料公司將探索新的分子結(jié)構(gòu);交通運(yùn)輸公司將優(yōu)化物流;金融機(jī)構(gòu)將需要更快、更精確的軟件應(yīng)用程序;制藥公司將加快新藥的研發(fā)……

　　據(jù)悉，霍尼韋爾量子部門(mén)表示，美國(guó)商業(yè)銀行摩根大通已經(jīng)用上了這臺(tái)設(shè)備，該公司不僅對(duì)其贊不絕口，甚至連借助量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的論文都已經(jīng)寫(xiě)好了。未來(lái)五年，霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)的量子體積將每年以一個(gè)數(shù)量級(jí)的速度增長(zhǎng)，全球量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域或?qū)a(chǎn)生一位實(shí)力強(qiáng)悍的霸主。

　　摩根大通把他們借助霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)寫(xiě)成了論文《Canonical Construction of Quantum Oracles》，并掛在了arXiv上。

　　靠不靠譜業(yè)界說(shuō)

　　若是基于IBM建立的量子計(jì)算機(jī)衡量基準(zhǔn)，霍尼韋爾的這臺(tái)量子計(jì)算系統(tǒng)確實(shí)已經(jīng)達(dá)到了世界頂級(jí)水平。這可不是霍尼韋爾自封的，而是得出的結(jié)論。

　　IBM提出了一個(gè)專(zhuān)門(mén)表示量子計(jì)算機(jī)性能的指標(biāo)——量子體積，并指出，該公司開(kāi)發(fā)的量子計(jì)算設(shè)備的“量子體積”增長(zhǎng)規(guī)律類(lèi)似摩爾定律。IBM曾在官方網(wǎng)站上發(fā)文對(duì)“量子體積”概念進(jìn)行了解釋。文章說(shuō)，量子體積是一個(gè)衡量量子計(jì)算機(jī)性能的專(zhuān)用指標(biāo)，其影響因素包括量子比特?cái)?shù)、測(cè)量誤差、設(shè)備交叉通信及設(shè)備連接、電路軟件編譯效率等。量子體積越大，量子計(jì)算機(jī)性能就越強(qiáng)大，能解決的實(shí)際問(wèn)題就越多。

　　這篇由IBM研究人員杰伊·甘貝塔和薩拉·謝爾登撰寫(xiě)的文章還說(shuō)，自2017年發(fā)布量子體積為4的設(shè)備“IBM Q 5 Tenerife”以來(lái)，IBM開(kāi)發(fā)的量子計(jì)算設(shè)備的量子體積每年翻一番，這一增長(zhǎng)規(guī)律與摩爾定律類(lèi)似。

　　霍尼韋爾的量子計(jì)算機(jī)量子體積已經(jīng)達(dá)到了64，并且稱(chēng)，未來(lái)5年，他們產(chǎn)品的量子體積每年將以一個(gè)數(shù)量級(jí)的速度增長(zhǎng)。

　　這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)有6個(gè)有效的量子比特。在許多情況下，一個(gè)系統(tǒng)的有效量子比特?cái)?shù)比系統(tǒng)中原始的或物理的量子比特?cái)?shù)要少，因?yàn)橐恍┝孔颖忍赜锌赡軄G失。但霍尼韋爾表示，由于其優(yōu)越的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，霍尼韋爾的計(jì)算機(jī)不會(huì)失去任何原始的量子比特，且將在一年之內(nèi)得到至少10個(gè)有效量子比特，相當(dāng)于1024的量子體積。

　　那么，霍尼韋爾的這款量子計(jì)算機(jī)真有那么神乎其神嗎?

　　先來(lái)看看，霍尼韋爾宣布的內(nèi)容?；裟犴f爾宣布它實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算的量子容量為64，是業(yè)界目前為止最強(qiáng)的。據(jù)霍尼韋爾介紹，霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)的核心是一個(gè)籃球大小的超高真空。這個(gè)球體包含的真空粒子數(shù)量是外太空的1/5，由液態(tài)低溫冷卻，溫度僅比零度高出10華氏度---在這個(gè)溫度上，原子幾乎停止震動(dòng)。

　　根據(jù)霍尼韋爾的解釋?zhuān)陔x子阱（一種覆蓋著1/4硬幣大小的金的硅芯片）內(nèi)部，電場(chǎng)使單個(gè)原子懸浮在離子阱上方0.1毫米處。而科學(xué)家們則使用激光照射這些帶正電荷的原子來(lái)執(zhí)行量子操作。

　　在霍尼韋爾的這些信息中，有幾個(gè)關(guān)鍵背景需要了解，其一是“量子體積”。其二是目前的主要量子計(jì)算各個(gè)公司的技術(shù)路線(xiàn)。其三是如何來(lái)衡量一個(gè)公司的量子能力。然后我們就能夠清晰地來(lái)判斷霍尼韋爾的這個(gè)宣布。

　　關(guān)于“量子體積”。這個(gè)衡量量子計(jì)算機(jī)能力的參數(shù)指標(biāo)是由IBM公司在2017年提出來(lái)的，此前業(yè)界對(duì)于一家公司的量子計(jì)算機(jī)能力衡量參數(shù)通常采用“量子比特”這個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，它相對(duì)而言并不能完全反應(yīng)出量子計(jì)算機(jī)能力的多維度。后來(lái)IBM提出了“量子體積”它的影響因素包括量子比特?cái)?shù)、門(mén)和測(cè)量誤差、設(shè)備交叉通信、以及設(shè)備連接和電路編譯效率等。應(yīng)該說(shuō)“量子體積”比“量子比特”這個(gè)參數(shù)更科學(xué)地描述了量子計(jì)算機(jī)能力的高下。

　　關(guān)于“各個(gè)公司的量子計(jì)算機(jī)技術(shù)路線(xiàn)”。目前量子計(jì)算主要分為固態(tài)器件（也可以稱(chēng)之為電學(xué)路線(xiàn)）和光學(xué)路線(xiàn)兩大類(lèi)量子計(jì)算路線(xiàn)。IBM與谷歌所走的是超導(dǎo)量子計(jì)算路線(xiàn)，英特爾所走的是半導(dǎo)體量子技術(shù)路線(xiàn)，無(wú)論是超導(dǎo)還是半導(dǎo)體都屬于固態(tài)器件路線(xiàn)。所以谷歌、IBM、英特爾這三家公司屬于“固態(tài)器件路線(xiàn)派”。而離子阱也是就目前霍尼韋爾所走的技術(shù)路線(xiàn)則屬于的是“光學(xué)器件派”。也就是說(shuō)霍尼韋爾與IBM、谷歌、英特爾等本來(lái)就分屬不同的技術(shù)路線(xiàn)。

　　光學(xué)路線(xiàn)的離子阱在相干時(shí)間上就有優(yōu)勢(shì)，但是其可操控性上很弱，而且與經(jīng)典計(jì)算很難實(shí)現(xiàn)兼容。所以包括IBM、英特爾、谷歌等都沒(méi)有選光學(xué)而是選擇了固態(tài)器件，目前世界上80%以上的量子計(jì)算都采用了固態(tài)器件的路線(xiàn)，因?yàn)樗泻芎玫墓I(yè)基礎(chǔ)而且與經(jīng)典計(jì)算能夠更好的融合，離子阱等光學(xué)路線(xiàn)更多是在科研上用的比較多。

　　盡管業(yè)界沒(méi)有對(duì)哪種技術(shù)路線(xiàn)未來(lái)會(huì)更成功給出定論，但是從與經(jīng)典計(jì)算的兼容、從現(xiàn)有工藝與產(chǎn)業(yè)資源的成熟度等等綜合維度來(lái)看，固態(tài)器件都有明顯的優(yōu)勢(shì)，這也就是為什么包括谷歌、IBM、英特爾等都選擇了該方向的技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行探索的原因。

　　關(guān)于“如何衡量一個(gè)量子計(jì)算機(jī)的能力”。專(zhuān)家認(rèn)為“量子計(jì)算機(jī)解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題所消耗的資源”是關(guān)鍵指標(biāo)，也就是說(shuō)“是騾子是馬”得拉出來(lái)到實(shí)際問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)遛一遛才知高下。本源量子計(jì)算機(jī)公司副總經(jīng)理張輝表示：“真正衡量量子計(jì)算能力是看用它來(lái)解決問(wèn)題消耗的資源與經(jīng)典計(jì)算相比，誰(shuí)消耗的資源更小?！贝饲坝⑻貭栔袊?guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)也提及此觀(guān)點(diǎn)，衡量量子計(jì)算機(jī)的能力高下要看，究竟解決了什么問(wèn)題，消耗了多少資源。

　　基于這幾個(gè)信息，我們來(lái)分析這次霍尼韋爾的成果。張輝認(rèn)為，霍尼韋爾稱(chēng)其量子體積得分64，從離子阱路線(xiàn)來(lái)看做到這個(gè)參數(shù)是一個(gè)進(jìn)步。但說(shuō)它有世界上最快量子計(jì)算機(jī)其實(shí)有炒作的意味。因?yàn)楝F(xiàn)在沒(méi)有看到霍尼爾韋爾用它解了這個(gè)世界的任何問(wèn)題，而此前谷歌宣布的量子突破，好歹是解了一個(gè)數(shù)學(xué)的問(wèn)題，真正衡量量子計(jì)算能力是看用它來(lái)解決問(wèn)題消耗的資源與經(jīng)典計(jì)算相比，誰(shuí)消耗的資源更小。目前未看到霍尼韋爾能解決任何問(wèn)題的報(bào)道，也不知道用它來(lái)解決問(wèn)題。“也不完全能用量子體積來(lái)將霍尼韋爾與IBM進(jìn)行比較，兩者本來(lái)就屬于不同的技術(shù)路線(xiàn)，某種意義上看，霍尼韋爾在偷換概念，炒作意味更濃吧?！睆堓x說(shuō)。

　　IBM公司在2019年9月宣布了53個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)，并宣布該公司的量子計(jì)劃現(xiàn)在還支持與商業(yè)客戶(hù)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和研究實(shí)驗(yàn)室的80個(gè)合作伙伴關(guān)系。其中一些已經(jīng)開(kāi)始使用可用的機(jī)器來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，應(yīng)該說(shuō)是目前在商業(yè)路徑上走的最快的公司之一。

　　盡管沒(méi)有看到霍尼韋爾的解題成果，但霍尼韋爾宣布，其量子計(jì)算機(jī)成功推出后正計(jì)劃將其能力用于商業(yè)比如租借給其他公司，而且這項(xiàng)服務(wù)每小時(shí)的成本可能在1萬(wàn)美元左右雖然霍尼韋爾沒(méi)有透露已經(jīng)有多少客戶(hù)簽約使用其量子計(jì)算機(jī)但他們承認(rèn)已經(jīng)與摩根大通簽訂了合同。摩根大通的量子專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)可能會(huì)使用霍尼韋爾的機(jī)器進(jìn)行巨型計(jì)算比如建立防欺詐檢測(cè)模型。而且也將通過(guò)微軟的云計(jì)算平臺(tái)來(lái)提供量子服務(wù)。

　　目前，全球的量子計(jì)算都尚屬于起步階段，此前英特爾副總裁、中國(guó)區(qū)總裁楊旭表示，全球的量子計(jì)算是一場(chǎng)馬拉松，現(xiàn)在才剛剛跑出去200米，究竟誰(shuí)快誰(shuí)慢，下結(jié)論還太早。

責(zé)任編輯：陳近梅