原標(biāo)題：量子計(jì)算雖好，成熟商用仍需10年？
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1、量子計(jì)算機(jī)不會(huì)像手機(jī)一樣人手一臺(tái)，進(jìn)入每個(gè)家庭。加拿大量子計(jì)算企業(yè)D-Wave的一臺(tái)量子計(jì)算退火機(jī)售價(jià)在1000萬~1500萬美元間。
2、量子計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)需要處于低溫環(huán)境，豪K級(jí)。而1K溫度相當(dāng)于零下272攝氏度。
3、目前90%以上的應(yīng)用場(chǎng)景仍需依靠傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片，而量子芯片只能解決應(yīng)用場(chǎng)景中1%~2%的難題。
5G時(shí)代，萬物互聯(lián)，數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長(zhǎng)。圖靈量子創(chuàng)始人金賢敏表示，未來數(shù)據(jù)爆炸，每年新增數(shù)據(jù)的量將是過往數(shù)據(jù)的總和。
在華為量子計(jì)算軟件與算法首席科學(xué)家翁文康看來，當(dāng)晶體管元件大小在原子大小10倍時(shí)，電子將變得不穩(wěn)定，無法形成宏觀物理世界的0與1的信號(hào)。但也正是量子隧穿效應(yīng)的產(chǎn)生，讓粒子呈現(xiàn)量子疊加態(tài)，使量子計(jì)算成為可能。
金賢敏告訴《IT時(shí)報(bào)》記者，當(dāng)摩爾定律終結(jié)，傳統(tǒng)算力的提升無法再靠芯片尺寸支撐時(shí)，量子計(jì)算、光子計(jì)算會(huì)成為后摩爾時(shí)代突破算力的重要手段。
01、距離成熟至少10年
由于量子具有疊加態(tài)，能同時(shí)以0和1的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算，因此N個(gè)量子的算力是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)2的N次方倍。
翁文康在世界人工智能大會(huì)量子計(jì)算及光子芯片論壇演講中指出，量子計(jì)算將帶來指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的計(jì)算空間，1塊指甲大小的超導(dǎo)處理器，可以帶有50+量子比特 （100納米），超越所有經(jīng)典計(jì)算機(jī)的記憶體容量。
不過，不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輸出的是一個(gè)精確結(jié)果，量子計(jì)算機(jī)輸出的是概率。而人工智能也通過數(shù)據(jù)歸類后產(chǎn)出的概率結(jié)果。因此，國防科技大學(xué)研究院吳俊杰認(rèn)為，量子計(jì)算更適合人工智能的應(yīng)用。
今年6月底，中科大潘建偉團(tuán)隊(duì)發(fā)表論文稱，56個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”能將超級(jí)計(jì)算機(jī)需8年完成的任務(wù)樣本壓縮至最短1.2個(gè)小時(shí)，而在去年年底，潘建偉團(tuán)隊(duì)宣告成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，在全球范圍首次實(shí)現(xiàn)光量子計(jì)算的“量子優(yōu)越性”。但目前量子計(jì)算仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)狀態(tài)，只能完成特定的任務(wù)。
那么，我們距離量子計(jì)算商用化還需等待多久？金賢敏認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)有三個(gè)前提——百萬量子比特的操縱能力、極低溫環(huán)境、高集成度。
翁文康判斷，在量子系統(tǒng)仿真、量子化學(xué)、組合優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的“專用”量子計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)成熟期為3~5年，而在大數(shù)分解、數(shù)據(jù)庫搜索、量子動(dòng)力學(xué)、量子人工智能等領(lǐng)域“通用”量子計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)成熟期可能需要10年甚至更久。
02、量子計(jì)算機(jī)無法民用
“量子計(jì)算機(jī)不會(huì)像手機(jī)一樣人手一臺(tái)，進(jìn)入每個(gè)家庭�！敝袊茖W(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員尤立星直言，量子計(jì)算主要會(huì)運(yùn)用于國家、政府層面。
這背后是高昂的成本。
《IT時(shí)報(bào)》記者注意到，加拿大量子計(jì)算企業(yè)D-Wave的一臺(tái)量子計(jì)算退火機(jī)售價(jià)在1000萬~1500萬美元間。
尤立星表示，由于量子疊加態(tài)很脆弱，溫度一高容易產(chǎn)生“量子噪聲”，會(huì)影響計(jì)算準(zhǔn)確度，因此無論是光子、超導(dǎo)、離子形式的量子計(jì)算機(jī)，計(jì)算時(shí)都需要處于低溫環(huán)境，“在豪K級(jí)”。而1K溫度相當(dāng)于零下272攝氏度。
為了滿足豪K環(huán)境，量子計(jì)算機(jī)需要配置“冰箱”，即稀釋制冷機(jī)。尤立星透漏，一臺(tái)“冰箱”的價(jià)格至少兩三百萬，而九章量子計(jì)算原型機(jī)便配備了7臺(tái)。
與此同時(shí)，要將計(jì)算結(jié)果傳輸?shù)绞覝丨h(huán)境還需要配備特殊的數(shù)據(jù)線，一根單價(jià)在1萬元左右，而一臺(tái)計(jì)算機(jī)配備100跟數(shù)據(jù)線意味著100萬元的支出。
更大的成本在于能耗。尤立星表示，在室溫下計(jì)算能耗放在豪K環(huán)境下則要大幅翻100萬倍至1億倍間，高達(dá)10兆瓦。要知道一般發(fā)電站的發(fā)電功率也僅在百兆瓦級(jí)別。
另一方面，從極低溫環(huán)境到室溫，數(shù)據(jù)線會(huì)產(chǎn)生“漏熱”，因此在尤立星看來，線路漏熱能耗甚至高于計(jì)算能耗。
中國信通院研究報(bào)告指出，業(yè)界認(rèn)為在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里，通過云平臺(tái)開展量子計(jì)算服務(wù)，共享稀缺資源，探索適用于量子計(jì)算行業(yè)應(yīng)用，是較為切實(shí)可行的實(shí)現(xiàn)方式。這或許解釋了為什么谷歌、華為云等公司開始布局量子云計(jì)算。而在7月7日，國內(nèi)公有云第一股優(yōu)刻得與圖靈量子簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。
03、光子芯片能彎道超車嗎？
每三個(gè)半月，算力需要翻一番。這是大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)于算力的需求，遠(yuǎn)超摩爾定律的供給。金賢敏告訴記者，隨著物理極限的到來，非馮諾依曼架構(gòu)將會(huì)成為算力的下一個(gè)突破口，“人類進(jìn)入架構(gòu)為王的時(shí)代”。
中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所副所長(zhǎng)張龍認(rèn)為，光子有超高信息容量、超低傳輸功耗和延時(shí)、超低信道干擾的特性，并天然具有并行能力，在相同功耗下，光器件比電器件快數(shù)百倍，“光子芯片將是未來科技發(fā)展的基礎(chǔ)性核心技術(shù)，是突破摩爾定律最有前景的技術(shù)之一”。
張龍表示，目前世界各國均未在光子芯片領(lǐng)域形成絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，“中國需要在尚未完全成熟的光子芯片領(lǐng)域占據(jù)先機(jī)”。目前光子芯片行業(yè)仍有加工流片平臺(tái)少、檢測(cè)設(shè)備仍依靠進(jìn)口、高端光子器件仍匱乏、缺乏重大落地場(chǎng)景等四個(gè)痛點(diǎn)。
張龍認(rèn)為，目前90%以上的應(yīng)用場(chǎng)景仍需依靠傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片，而量子芯片只能解決應(yīng)用場(chǎng)景中1%~2%的難題，而如今中國芯片的優(yōu)勢(shì)在于IC設(shè)計(jì)，這是在人工智能應(yīng)用場(chǎng)景落地下加速發(fā)展的結(jié)果。
排版/季嘉穎
