Nature重磅 | IBM再放大招！量子计算今年实现商业通用！

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作者 | Davide Castelvecchi

编译团队 | 任杰，姜范波

只要努力，就会实现。IBM公司在3月6日宣布，计划在年内推出世界上第一份商业“通用”量子计算服务。这个系统叫做IBM Q，它将通过互联网收费访问。

IBM Q不会超越传统的计算机，至少目前还没有。 但公司表示，该系统将是发展未来“量子机”市场的关键，它可以处理传统电脑无法处理的复杂计算。 云服务是最近比较热门的“建立有用的量子计算机”这场战役的战利品。

该项目建立在IBM围绕现有云计算服务开发的专有技术Quantum Experience的基础上，任何人都可以免费访问它。 该系统在2016年5月上线，最近对用户界面进行了升级。 “上线十个月，目前已经教会了我们很多东西。”纽约Yorktown Heights的IBM研究中心领导量子计算实验室的物理学家Jerry Chow说。 它为世界各地的研究人员提供了一种方法练习建立量子算法，而无需访问自己的量子计算机。 IBM的总体战略是围绕其技术构建“社区和生态系统”，Chow说。

IBM对IBM Q上线的具体时间守口如瓶，只宣称会尽快上线。也没有公开系统到底有多强大，或者访问成本是多少。 该公司声称已经排好了第一批客户，但是不会对他们区别对待，只说几个商业合作伙伴将在IBM Q上开发和测试自己的应用程序。

量子计算机利用亚原子物理学的反直觉特性，其中称为量子位（quantum bits）或量子位的信息位（qubits）可以同时承担多个状态，而不是简单地表示0或1，如经典计算中的位（bits）。 从20世纪90年代开始，理论物理学家（包括IBM的一些人）已经开发了基于量子比特的算法，理论上可以以比传统计算机更快的速度执行某些任务。 

但在实践中，在所谓的“通用量子计算机”，获得足够的量子位协同运行任何这样的算法，已经被证明是极具挑战性的。有两种技术已经成为处理量子位的先驱。 一个使用电场和磁场在真空中捕获单个离子; 另一个将量子比特纳入恒定在高于绝对零度以上几度的微观超导电路中。 IBM更笃定后一种方法。 

近年来，谷歌也加入了这一行列，谷歌在加利福尼亚的圣巴巴拉建立了一个超导量子比特实验室。 谷歌，IBM和其他一些公司和学术实验室已经宣布，设计了“搭建超越传统电脑的机器”的规划图。 但是这些机器需要运行大约50个量子位。 当前可达大约20个量子位，几乎还不足用作简单的计算。 

所以当IBM推出Quantum Experience，它可以运行在五个超导量子位上，许多人不以为意。 物理学家克里斯托弗·门罗（Christopher Monroe）在马里兰大学帕克分校（University of Maryland）经营一个离子阱实验室，他说：“很多人把它看成是一个宣传的噱头。 但我认为这有着不同寻常的意义。” 

即使它不是目前最先进的机器，IBM也不得不克服许多挑战，使得Quantum Experience能真正上线，使它可用于研究人员而不一定是物理学家，即便从来没有在量子计算机上工作过。 这包括创建了一个无需物理学家持续监测的系统。 “把机器放在云上明显是要做的事情，”Monroe说。 “但是，要使系统达到这个水平需要大量的工作。 

访问量子体验或IBM Q等系统也意味着世界各地的研究人员可以开始致力于量子编程的独特挑战。 这与常规编码非常不同，并且需要程序员理解和适应物理量子位的限制。 原则上，五位量子机很容易模拟传统计算机，甚至是笔记本电脑的使用方式，Monroe说。 但应用真正的量子位不是那么简单。 

“真正的挑战是，你是否可以使你的算法在真还不算完备的硬件上运行，”麻省理工学院的物理学家Isaac Chuang说。 

Chow说，IBM Q将比Quantum Experience有更多的量子位，但该公司还没说到底能提供多少位的。 

迄今为止，Quantum Experience吸引了来自100多个国家的约40,000名用户。 例如，Chuang在去年年底在线教授的研究生级别的课程，量子计算，以便学生可以真实的量子计算机上练习编程。 

该系统的用户已经进行了275,000次实验，并发表了约15篇研究论文。 其中一个由Monroe及其合作者领导的团队将IBM的超导机器的性能与Monroe实验室的五量子的离子阱机器的性能进行了比较。 公司的量子云服务更快，但Monroe的机器更精确。 

Monroe共同创办了一家名为IonQ的初创公司，期望推出基于云的离子阱量子服务，但他并不关注具体时间。谷歌公司在圣巴巴拉的量子计算实验室负责人John Martinis说，谷歌计划用自己的超导量子计算机做同样的事情，但只有在它搭建了能运行的50量子位计算机之后。 

与此同时，D-Wave是一家总部位于加拿大本拿比的公司，自2010年以来一直在云上开展量子计算服务。“我们的战略核心是真正适应云访问模式，”这些系统的高级副总裁Jeremy Hilton说。 但D-Wave的机器不是“通用”计算机，只能运行一定范围内的量子算法。 然而，有几个研究小组已经将其用于他们的项目。