Google最近發佈72量子位元(Qubit)的Bristlecone處理器,加入競爭日益激烈的量子運算競賽。

IBM目前擁有50量子位元的量子電腦。英特爾(Intel)開發出49量子位元的量子處理器已送交其研究合作夥伴進行測試。Rigetti擁有19量子位元的量子電腦。還有D-Wave是一台可用的2048量子位元退火量子電腦,富士通則擁有1024量子位元退火量子電腦。雖然D-Wave和富士通的量子電腦並不是所謂的通用系統,但仍然脫離不了實現「量子霸權」(Quantum supremacy)的終極目標。

「量子霸權」是指量子電腦的運算能力達到能夠解決或大規模加速現有傳統電腦無法處理的相關問題。量子霸權的認可還需要對於量子程式進行驗證。

20180313_Google_NT01P1 Google最新Bristlecone量子處理器(左);右圖是該量子處理器的晶片示意圖,每個‘X’代表一個量子位元。

Google日前發佈其Bristlecone交付研究夥伴進行測試時,正式加入這一競賽行列。Google並未說明新的量子處理器上執行哪些程式,但發表了以下內容:

「這個基於閘極電路的超導系統目的在於提供一個測試平台,深入研究Google量子技術的系統錯誤率和可擴展性,以及探索量子模擬、最佳化以及機器學習等應用…,我們審慎樂觀看好能以Bristlecone實現量子霸權,並認為學習打造與操作這種高性能的裝置是一項令人興奮的挑戰!」

然而,除了Google及其研究合作夥伴之外,其他公司是否能獲得存取Bristlecone量子電腦的授權,目前還不得而知,不過,這畢竟是一項令人印象深刻的壯舉。

市場研究公司Tirias Research根據摩爾定律(Moore’s Law)的精神,推測在2020年底以前,業界通用的量子電腦可能達到多少量子位元數的線性和指數軌跡。

如果量子運算領域領域呈線性成長,那麼最終每量子處理器約可達到100到200量子位元。雖然Google尚未完成Bristlecone的測試,但這一預測結果較接近。如果成長速度呈指數級,那麼在短短兩年內,每個量子處理器將會達到1,000量子位元的好幾十倍。

20180313_Google_NT01P2 對於量子運算的最理想預測還無法達到量子霸權的目標(來源:Tirias Research)

我預測在通用量子電腦得以達到量子霸權之前,業界必須先弄清楚如何建立可靠的邏輯量子位元,然後設法將至少幾千個量子位元連接到目前可用的電腦。

其挑戰在於還沒有人真正展示邏輯量子位元、除錯或其他容錯機制。量子電腦設計人員可能需要幾十個物理量子位元——微軟(Microsoft)的目標¬¬——到幾千或幾萬個量子位元(幾乎是所有公司的目標)。

主流的量子電腦設計者無法僅用簡單的外推法,在2020年以前打造具有數千邏輯量子位元的可用量子電腦。為此,必須先在科學與工程方面取得一些突破。

打造容錯量子電腦是一條漫長之路。因此,針對特定類型的問題,退火量子電腦可能率先達到量子霸權。

好消息是在今年年底以前,我們將更加瞭解量子電腦的可能發展軌跡。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Google Joins the Quantum Race,by Paul Teich, Tirias Research)