量子计算：疯狂赛道上四大巨头如何应战

麦柯

近日，在AWS re：Invent全球大会上，亚马逊官宣AWS三箭齐发量子计算组合拳：Braket、AWS量子计算中心和量子解决方案实验室。

随着亚马逊的强势入局，加上此前鼓吹量子霸权的谷歌、起步最早的IBM、暗自发力的微软，这场关于量子计算的巨人战争正式打响。

从最近的情况看，亚马逊的切入点还是比较务实的。因为量子计算还是处于初级阶段。因此，企业级应用尚未形成，而亚马逊希望借助Braket帮企业客户开始学习和试验量子计算，通过比较不同量子技术的开发、仿真和测试环境，评估适合自身发展的演化路径。

长期以来，AWS提供着从磁盘存储到卫星控制天线等 160多种服务，这次亚马逊选择了非自建而是将量子计算机访问放入其云服务的范围，让客户通过AWS就可以访问合作伙伴的量子计算系统。

目前，亚马逊的合作伙伴展示了三种不同的量子处理器方案，它们是基于量子比特（qubit）设备构建的，量子比特将数据编码成量子力学效应。亚马逊表示，该服务预计2020年向所有企业客户推出。

亚马逊进军量子计算，迅速得到了合作伙伴的积极反馈。波音公司表示，正在从基础材料、系统优化、安全通信等方面切入量子计算研究，希望借助颠覆性的量子计算、传感和网络技术，解决航空航天行业遇到的挑战，提升产品和服务。因此，在发展的过程中，特别期待与AWS协作。

应该说，从一开始，亚马逊就在搭建产学研一条龙服务。

其把“AWS量子计算中心”实验室建在加州理工旁边，一边是高校，一边是企业，亚马逊的桥梁纽带作用定位明确，并且着力打造量子解决方案实验室，将计划把研讨会与头脑风暴相结合，帮助客户从业务挑战倒推，逐步地、有效地使用量子计算机，进而开始开发自己的量子计算策略，建立内部的专业知识，最终部署量子应用。

作为入局的新人，亚马逊量子计算的“三驾马车”布局算是合理，显然经过了深思熟虑。

这时回头看看其他三强的表现，我们或许可以一窥量子领域的现状。AWS副总裁比尔瓦斯表示，亚马逊开展量子计算研究大概四年时间，而其他三强（微软、IBM、谷歌）都在八年以上。微软则声明自家的技术将更具实用性。

大概是2016年开始，IBM就已经提供了访问其量子硬件的网络渠道，谷歌也宣布不久后将开启类似服务。上述两强在原型量子处理器方面的研究处于前沿地位。

在云计算领域，亚马逊和微软两家占据主导地位。两家公司去年总共占据了云市场的60%，而亚马逊的份额遥遥领先于微软。不过，近期微软刚刚从美国国防部手里抢到了100亿美元云计算大单，这令亚马逊非常恼火。

而就在上个月的Ignite 2019上，微软发布了Azure Quantum量子服务，其中包括量子解决方案、量子软件和量子硬件。

微软正在与1QBit、霍尼韋尔、IonQ和QCI合作，提供各种量子解决方案、软件和硬件。微软量子网络成员将与微软合作，以学习、研究和启动量子计算应用程序和硬件，并可以访问量子开发套件，成员还享有访问量子开发工具包、重要研究和专家、独家访问Azure服务以及参加量子编程和算法开发研讨会的权利。

与谷歌的“量子霸权”不同，微软花数年研究名为“拓扑量子位”（topological qubit）的技术，希望为量子计算机夯实基础。结果，微软在量子计算上的抢跑，刺激了亚马逊，后者立刻表态迎战。正因为亚马逊和微软都没有自己的量子硬件，反而确定了他们独立第三方的灵活运行模式。不过，从长远角度说，亚马逊还是会推出自己的量子处理器。

说起谷歌，其凭在《Nature》关于“量子霸权”的文章，量子计算200秒=地球最强超算1万年，震惊了世界。对此，谷歌CEO 桑达·皮猜回顾道：2006年，谷歌科学家Hartmut Neven开始研究用量子计算为机器学习加速，并催生了谷歌AI量子团队。

2014年，美国物理学会院士约翰·马迪尼斯加入了谷歌，担任谷歌量子硬件首席科学家，领导构建量子计算机的工作。

2016年，量子计算理论首席科学家Sergio Boixo在Nature Communications上发表了相关论文，最终聚焦到了量子霸权的计算任务上来。

2018年10月，因为加州大火，谷歌圣克拉拉实验室被迫关闭，一众被休假的科学家，反而在量子霸权上实现了思维跃迁。

另据《金融时报》报道，谷歌去年跟NASA立下flag：今年实现量子霸权，让53位的量子计算机的算力秒杀传统计算机。

按照约定，双方2019年初在NASA最强的超级计算机Pleiades上对运行仿真所需的软件进行编码，并在今年7月，比较量子电路仿真和谷歌量子计算机硬件的结果。

虽然，谷歌和NASA一直持乐观态度，但业界并不看好。阿里巴巴数据基础设施和搜索技术部门认为要实现量子霸权可能需要错误率更低的量子芯片。

南加州大学量子信息科学与技术中心主任丹尼尔里达认在接受《MIT科技评论》采访时称，量子霸权似乎还需要其他方式抑制错误。

虽然同行众说纷纭，但是如果评论通过，就可以弹冠相庆。此前，NASA官网曾爆料草稿乌龙事件，但最后论文登上《Nature》，似乎宣告了量子计算的新时代。

但是冷眼旁观的IBM坐不住了，直接发文怒怼谷歌“误导大众”。蓝色巨人认为，谷歌的量子霸权说法是有缺陷的。因为其是在并没有充分利用超级计算机的全部能力的情况下进行竞争的。

IBM认为，谷歌调整了baseline，并涉及证明一组数字是否随机分布。论文中所谓量子计算机的处理器Sycamore（梧桐）只需200秒就解决了超算需要1万年的问题（相当于18亿倍）。

而实际上，安装在橡树岭国家实验室的最先进的200-petaflop IBM超级计算机可以在两天半解决战斗，虽然没有谷歌快，但差距没有一万年那么久。所以，IBM认为谷歌的量子霸权纯粹是在忽悠。

对此，谷歌表示不予置评。

200秒与2.5天，相差1080倍。这成功引起了业界乃至公众对于量子霸权的兴趣。

但在媒体吹爆谷歌里程碑意义的同时，也必须看到，响应国家号召的谷歌、IBM、微软、亚马逊等科技巨头纷纷加入战局。最近研究显示，风投已经向探索量子计算的初创企业投资了超过4.5亿美元。

当量子计算成为美国的国家战略，那么未来的全球竞争将会是业界新的主线。这是因为量子计算在速度和功率方面有望比現有最大超级计算机还要高出多个数量级。因此，美国、欧盟和中国都在激烈争夺这个高科技“必杀技”。

可是，美国政府并不乐意把这一切交给随心所欲的企业去做。至少，联邦政府正在实施两项计划，精简和协调量子计算及其他与量子相关的私人与公立研究项目。这些计划旨在制定国家战略，确保美国维护技术领域的霸主地位。

中国也在量子领域不断寻求突破。按照中国的“十三五”规划纲要的要求，量子计算机已被列入科技创新2030重大项目。其中，中国在国家级量子实验室上投入了4亿美元，近年来获得的量子技术专利几乎是美国的两倍。

不得不说，量子计算正在成为兵家必争之地。然而，比起传统的图灵机、冯诺伊曼架构以及经典计算，量子力学中的量子纠缠曾经让爱因斯坦发出“鬼魅般的超距作用”的慨叹。

而当加速旋转的量子比特登堂入室，成为庞然大物——量子计算机，人类也见证了量子计算快到极致、加密破译的疯狂。

或许量子霸权的意义大于内容，在解决容错、纠错等噪声难题上任重道远，但是它让业界进入了一片新天地。