IBM向企業提供量子計算服務：量子計算究竟有何不同之處？

北京時間3月7日消息，IBM近日宣布了一項新業務「IBM Q」，旨在向企業和科研單位提供一種商用化的量子計算平台。

1989年，IBM用35個氙原子拼寫公司名稱。最近，IBM成立了新的業務部，推動量子計算業務的發展。IBM花了35年時間研究，現在量子計算終於走向真實世界，向客戶推廣了。也許再過幾年，量子計算機就可以幫助亞馬遜加快送貨速度了。

IBM量子計算部門CTO、副總裁斯科特·克勞德（Scott Crowder）表示：「從今年開始，我們會讓特定產業合作夥伴接入量子系統。」

許多企業將賭注下在量子計算上。量子計算是一項突破性技術，它可以給計算帶來巨大進步。為什麼今天的智能手錶和上世紀的大型主機一樣強大？看看摩爾定律就知道了，在過去幾十年裡晶元的進化與摩爾定律保持一致。現在一些計算機技術已經停滯不前，正因如此，2017年的筆記本並沒有比2010年的筆記本快多少。

IBM量子計算部門CTO、副總裁斯科特·克勞德

克勞德稱：「摩爾定律難以為繼。」量子計算機只是傳統計算機的補充，而不是替代者。克勞德說：「有些問題傳統計算機無法解決，我們可以用量子計算機解決。」

原子的行為和屬性比較特殊，量子計算機正是利用了這些特殊性，不過量子計算機相當複雜，就連物理學家也難以理解。大學和政府實驗室對量子計算機很感興趣，一些創業公司（比如Rigetti、D-Wave）積極研究，微軟、英特爾、谷歌的研發部門也參與進來。

儘管如此，量子計算仍然處在發展初期，即使技術成熟了，也不要指望出會有量子iPhone出現。IBM量子計算機必須在極低的溫度下運行，到底有多低呢？與絕對零度相差只有幾分之一度，比外太空還要冷。只有溫度足夠低，內部的鈮和鋁組件才不會受到外部環境的影響。光是製冷就需要幾天時間。正因如此，客戶使用IBM量子計算機必須通過網路進行，並不是將量子計算機買來放在桌子上，或者放進數據中心。

用在化學和安全領域

量子計算機到底能夠完成什麼工作呢？早期階段，企業的主要任務是讓量子計算機有效運轉、可靠穩定。

之後，量子計算機可以完成下面一些工作：

——量子化學工作，例如預測微粒是如何作用的，開發新藥物時可以用得上。

——物流項目，在假日購物旺季，量子計算機可以尋找最有效的方案，加快貨物運送速度。

——安全，在給定的時間段，有些數學問題用今天的主流方法無法解決，量子計算機可以，我們可以用量子物理構建新的安全方案。

IBM量子計算實驗室

量子計算尤其適合於化學領域。例如，工廠需要大量的能源製造肥料，成本高昂，用微小的細菌同樣可以製造，效率高得多。IBM實驗量子計算團隊管理人員傑瑞·周（Jerry Chow）說：「我們可以用量子計算機搞清反應是怎樣的。」他還說，有了量子計算機，研究人員可以從分子層面分析變化，以前採用的方法很笨拙，只能進行試錯實驗。

IBM相信，量子計算機可以讓投資者更好地理解財務數據和風險。AI正在崛起，在某些情況下沒有太多的信息，計算機仍要根據信息做決策，有了量子計算，AI會變得更強大。

量子計算的主要任務就是分析大量的可能性。例如，要破解密碼需要測試大量的數字，從中找到數字密鑰，破解專用數據，量子計算破解速度很快。

不要太擔心，這種可能性仍然離現實有些遙遠。政府、企業正在開發新的量子驗證演算法。

不可思議的技術

量子時代將為計算辭彙添加許多新術語，比如低溫隔離、約瑟夫遜結、退相干。在處理數據時，除了傳統計算的「與」「或」邏輯門，還有來自量子計算的哈達瑪(Hadamard)門、Pauli-X門。

按照設計，量子計算機用「量子比特（qubits）」存儲數據。傳統計算機使用的是傳統比特，小型數據單元用0或者1記錄。1個量子位可以同時存儲0和1，通過量子疊加實現。

IBM製造的晶圓，其中每個晶元上都有5個量子比特

照此計算，1個量子位可以存儲兩種狀態的信息，也就是0和1；2個量子位就可以存儲4種狀態的信息，3個8種，4個16種。

由於在相同的量子位中存儲了許多疊加數據，量子計算機可以用更快的速度尋找多種可能的解決方案，比傳統計算機快得多。

儘管如此，在實際使用時仍然存在許多困難。例如，許多1或者0通過疊加在糾纏態量子位中存儲，當我們為某個計算問題尋找答案時，答案可能會隱藏在某些1和0的特定組合中。如果從量子位中讀取數據，所有量子位的狀態就會「塌縮」(collapse)，變成一種1和0的集合，這種集合併不一定能給出正確的答案。所以問題很複雜。

摸索前進

要想搞清量子計算還要花很長的時間。正因如此，IBM、微軟、谷歌才會提供模擬量子計算機。2016年，IBM開通了一個名叫「Quantum Experience」的網站，讓外界試用5量子位計算機。

克勞德稱，如果量子位超過30，筆記本電腦就無法模擬了。未來幾年，IBM Q量子計算機會擴大到50量子位。

只有當企業在運營中使用量子計算，業務才會真正取得突破。克勞德說，量子位達到1000左右才能實現這一目標。讓量子位達到100萬，這是一個大門檻，當規模如此龐大時，量子計算機就可以克服錯誤問題。與傳統計算相比，錯誤對於量子計算的影響更大。

克勞德稱：「在量子系統中容錯率更低，所以必須增加量子位，可能還要十多年才能解決。」