微軟重磅宣布制造全新量子計算機原型，與谷歌和IBM路徑迥異

如果量子計算機的性能能夠達到預期，那么它將在藥物研發、人工智能甚至當代物理研究中發揮重要作用。

【編者按】本文轉自DeepTech深科技；編輯：離子心、十三
目前，業界普遍對量子計算機的實用化前景表示樂觀。而曾幾何時，量子計算機還只是科幻小說家的紙面玩意。如果量子計算機的性能能夠達到預期，那么它將在藥物研發、人工智能甚至當代物理研究中發揮重要作用。

過去數年中，科技巨頭谷歌和IBM已經在量子計算機研發領域開始行動，而相比之下一直比較沉寂的微軟公司也終于開始發力。

昨日，微軟官方網站刊文指出，這家科技巨頭將著手量子計算工程樣機研發，把已經進行了十多年的量子計算機研究工作付諸于實踐，而且其宣稱這可能是一臺能擊敗谷歌和IBM的量子計算機樣機。

一般而言，由晶體管構成的傳統比特在特定時刻只能處于0或1這兩種狀態中的一種，所以計算能力有限。然而，量子比特可以處于0和1的疊加態。若某個量子比特和其他量子比特彼此之間存在糾纏態，那么這一組量子比特可以同時表示大量的數。而一臺真正意義上的量子計算機將包含幾百甚至上千個量子比特，其計算能力將是無比強大的。

而微軟的信心則來源于其選擇的獨特研發路徑。與谷歌和IBM使用超導導線環作為量子比特不同，微軟的思路是基于一種被稱為“任意子”（anyons）的粒子，這種粒子只能存在于二維空間。無疑，任意子的奇異物理特性被微軟所看好。

微軟的野心

早在2005年，微軟就建立了“Q站”（StationQ），由數學家米切爾·弗里德曼（Michael Freedman）領導，從事量子計算基礎研究。

時至今日，據負責量子計算機項目的微軟資深技術經理托德·霍爾姆達爾（Todd Holmdahl）的透露，微軟目前已經基本完成了基本量子比特模塊的設計，正在進行樣機設計。

托德·霍爾姆達爾認為，量子計算正處在理論研究轉向工程研發的轉折點。盡管能否達成最終目標仍有不確定性，但微軟長期以來的量子計算研發積累讓托德·霍爾姆達爾相信，打造微軟版量子計算樣機的條件已經成熟?？紤]到一旦成功帶來的巨大收益，值得為此冒適當的風險。

陶德·霍爾姆達爾（ToddHolmdahl）是微軟的量子計算硬件和軟件研發項目的負責人

霍爾姆達爾表示，一旦第一個量子比特制成，微軟將開始構建大規模量子比特陣列的研究。

迄今為止，物理學和計算機學界仍在爭議——能否制造出像支持者設想的那樣工作的量子計算機。

一些研究團隊試圖用其他的材料和方案制造量子比特，而微軟的底牌則是“拓撲量子比特”。相比之下，微軟的方案“拓撲量子計算”是基于三位物理學家對只能存在于二維世界的物體的研究成果，該成果曾獲得了本年度諾貝爾物理學獎。

辮子數學理論或將成為未來拓撲量子計算機的基礎

通常而言，量子比特是量子計算機的基本單元，一組量子比特可以同時處理一個問題的多個解，而傳統計算機只能串行處理。

但擋在量子計算機前面的最大障礙是：量子比特太不穩定。因此，量子計算機必須被放在超低溫下，才能工作得長一點。

但在面對電子噪聲和熱干擾的時候，微軟所采用的拓撲量子比特則具有更強的魯棒性，可以用來制造更穩定、更有效的量子計算機。

IBM量子計算機的冷卻裝置

微軟很重視工程樣機研發，但這家科技巨頭并不僅僅想要一臺只能在實驗室中工作的量子計算機，而是希望提供量子計算軟硬件接口，從而讓對量子計算并不精通的其他領域專家也可以用該機器來解決現實世界中的問題，從而量子計算機將能夠引領新一輪信息技術革命，在醫藥和材料科學領域產生重大突破。

與此同時，在啟動量子計算機樣機研制的同時，微軟還啟動了相應的量子計算軟件研發項目，目的在于開發能夠求解復雜問題的軟件。軟硬件之間的研發工作還可以互相推動，共同促進。

微軟量子計算項目負責人霍爾姆達爾指出，第一個晶體管在50年前被發明出來的時候，沒有一個科學家能想到類似于手機之類的應用。而如今，量子計算機也處于這樣一個類似的爆發點。

在霍爾姆達爾看來，量子計算火候已到，他可不想錯過這樣一個風口。

微軟已做好技術儲備迎接“量子未來”

更重要的是，某些技術未必會在人類充分了解其物理原理后才會出現。比如，理查德·費曼（Richard P. Feynman）在1982年就預見了量子計算機的出現。

對此，微軟項目組主要成員查爾斯·M·馬庫斯以自家的一輛舊汽車做了類比。在購買這輛車時，儀表盤上還有能把煙灰直接從香煙上吸走的煙灰吸收器。

馬庫斯認為，當時應該一定有不少人認為，煙灰吸收器就是汽車技術發展的巔峰，而沒人設想過自動駕駛汽車。

因此，馬庫斯對量子計算機的前景表示樂觀——現在的量子計算機如同煙灰吸收器一樣是個雛形，但遲早有一天會像自動駕駛汽車一樣改變世界。

全球頂尖量子計算大腦齊聚StationQ

霍爾姆達爾的項目組成員包括代爾夫特大學物理學家里奧·科文霍芬（Leo Kouwenhoven）、哥本哈根大學的查爾斯·M·馬庫斯（Charles M. Marcus），悉尼大學的戴維·賴利（David Reilly）和瑞士聯邦理工學院的馬蒂斯·托爾（MatthiasTroyer）——這些專家都屬于微軟近期成立的、由高級技術經理哈利·山姆（Harry Shum）領導的人工智能研究小組。

查爾斯·M·馬庫斯教授位于哥本哈根大學的量子計算實驗室

馬庫斯教授跟微軟合作的開端非常偶然。在一次會議的午餐時，他恰好坐在微軟StationQ負責人米切爾·弗里德曼身邊，他向弗里德曼表示，量子信息技術革命不會到來，除非科學家、硬件工程師和軟件工程師能更緊密地相互合作。目前來說，微軟量子計算團隊應該引入更多的長期合作者。

于是，弗里德曼接受了這一意見——馬庫斯教授與微軟的長期合作就此開始。

馬庫斯博士認為，科學家們近期在控制量子比特材料方面做出重大突破——這種控制技術采用了半導和超導材料的結合。此外，其他技術方案也提出，可以將量子計算機冷卻至接近絕對零度。

 微軟與馬庫斯教授的量子設備研究中心共同組成了StationQ

此外，StationQ另一位主要合作方、荷蘭代爾夫特大學的科文霍芬教授在學生時代就致力于量子計算機研究，那時他甚至還不知道量子計算機是否可行。機緣巧合之下，他參觀了微軟位于加州圣芭芭拉的研究機構，并與研究實驗室主任、拓撲數學家米切爾·弗里德曼進行了令人振奮的交流。

隨后，他開始了同微軟的合作。多年合作之后，微軟量子計算研究團隊終于認為，建造量子計算樣機的條件已經成熟。工程樣機不僅可以驗證理論，還可以為科學研究提出新的問題。

科文霍芬和馬庫斯在2014年微軟加州圣芭芭拉StationQ大會上的合影

科文霍芬和馬庫斯已經在微軟量子計算團隊任職多年，而在他們的實驗室中，微軟撥款所占的比重日益正價。在擔任微軟技術負責人職務后，他們仍將保留學術職位，并在各自的大學中為微軟的量子計算機項目貢獻力量。

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