Intel 開始制造量子計(jì)算機(jī)的芯片了。
雖然這種新的硬件目前很弱，并不能做什么實(shí)際工作，但它釋放出一個(gè)強(qiáng)烈的信號(hào)，即這種技術(shù)離實(shí)際應(yīng)用更近了一步。“我們正在把量子計(jì)算從學(xué)術(shù)界帶入半導(dǎo)體行業(yè)。”Intel 量子硬件的主管吉姆·克拉克（Jim Clarke）說道。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并操作由 0 和 1 組成的數(shù)據(jù)，但量子計(jì)算機(jī)使用的則是量子比特，利用量子現(xiàn)象來同時(shí)表示多個(gè)數(shù)據(jù)。這將使得量子計(jì)算機(jī)可以用一種完全不同的方式進(jìn)行計(jì)算，在以往只能進(jìn)行一次運(yùn)算的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)并行的復(fù)雜運(yùn)算。
量子計(jì)算一直以來都是學(xué)術(shù)領(lǐng)域的探索對(duì)象，實(shí)現(xiàn)量子信息的可靠處理則需要應(yīng)對(duì)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，量子計(jì)算機(jī)可能在未來幾年內(nèi)從實(shí)驗(yàn)室中走出來。
Intel 的量子芯片使用超導(dǎo)量子比特。這種方法雖然使用了現(xiàn)有的電路設(shè)計(jì)，但其工作原理卻基于完全不同的電子現(xiàn)象，即金屬在極低溫度下的超導(dǎo)原理 。這個(gè)擁有 17 個(gè)量子比特的芯片是由 Intel 俄勒岡的研究人員歷時(shí) 18 個(gè)月研制，由亞利桑那州的一家 Intel 工廠制造。
這項(xiàng)工作是和 Qutech 合作完成的。Qutech 是一家荷蘭的公司，脫胎于代爾夫特大學(xué)的量子計(jì)算機(jī)小組。Qutech 近幾年在研制更加穩(wěn)定的量子比特方面取得了重大進(jìn)展，Intel 更是在 2015 年向 qutech 投了 5000 萬美元。
Intel 的研究人員使用了公司現(xiàn)有的 300nm“倒裝芯片”處理器設(shè)計(jì)來支持精密的量子計(jì)算，這意味著芯片必須在極低的溫度下工作，而且不能受到電磁信號(hào)的干擾。另外，研究者們還需要更改芯片的材料、外圍電路設(shè)計(jì)以及部件連接設(shè)計(jì)以適應(yīng)極低的溫度。
除 Intel 之外，還有眾多公司試圖實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的實(shí)用化。包括谷歌、IBM、微軟等公司都在奮力研制首臺(tái)可以處理實(shí)際問題的量子計(jì)算機(jī)。雖然 Intel 起步較晚，但它寄希望于自身在制造工藝方面的強(qiáng)大優(yōu)勢可以使其趕上甚至超過競爭對(duì)手。克拉克表示公司在 2014 年選擇聚焦量子計(jì)算，可利用現(xiàn)有的制造工藝加速量子計(jì)算機(jī)的研制。“Intel 是這場競賽中唯一一個(gè)具有先進(jìn)制造和封裝技術(shù)的選手”，克拉克說道。
隨著量子芯片的能力進(jìn)一步提升，總有一天它們會(huì)在某類特定的計(jì)算任務(wù)上超過傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。最先受益的可能是化學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的超復(fù)雜分子仿真。另外，計(jì)算能力的提升也會(huì)催生更多的新用途。
有人認(rèn)為未來量子計(jì)算機(jī)還可以助力機(jī)器學(xué)習(xí)。目前已有人提出若干“量子機(jī)器學(xué)習(xí)”的新算法，但每種算法的實(shí)現(xiàn)均還需要解決大量問題。
Intel 新興硬件實(shí)驗(yàn)室主任吉姆·赫爾德（Jim Held）表示公司在研究硬件的同時(shí)也在進(jìn)行軟件探索。“我們認(rèn)為在混合算法方面會(huì)有主要的突破，這些算法將最大程度地利用經(jīng)典算法的能力來配合量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢。”
谷歌量子計(jì)算項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人哈特穆特·奈文（Hartmut Neven）表示，明年谷歌將制造一個(gè)包含 49 量子比特的系統(tǒng)，屆時(shí)量子計(jì)算機(jī)將能完成傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)無法模擬的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)里程碑式的“量子霸權(quán)”。
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