谷歌正在推动量子计算走进现实世界
谷歌宣称，其新款芯片Willow在求解某数学方程时，速度远超传统计算机，此消息再次点燃了围绕量子计算的热情。更重要的是，谷歌称已跨越通向无误量子计算机这一“技术巅峰”的关键门槛。
科技界对量子计算的炒作并非首次。2019年，谷歌推出Sycamore处理器时，也曾宣称其在求解数学方程时超越了传统计算机，实现了量子霸权（quantum supremacy），由此引发了上一轮热潮。当时的新闻报道从各个角度详述了这些“神奇机器”对各行各业的潜在影响。但热潮很快消退，因其虽得到了验证，但尚未满足大规模应用的条件。而且英伟达持续推出的超高性能芯片在模拟量子计算方面表现出色，并规避了量子计算的弊端。
理解传统计算与量子计算的差异，对了解该领域很有帮助。传统计算机使用数字比特，借由电流的通断操控微小晶体管，以0和1来处理信息。量子计算机则采用量子比特，依靠天然粒子或人造粒子处理0和1之间的数据。用绘画类比，个人计算机芯片上的比特就像黑色或白色，量子比特则可以是色轮上的任意颜色。这种潜在的值数组正是量子计算如此强大的原因，也决定了它们能够执行远超传统计算机能力的复杂运算。然而，问题在于量子比特极为脆弱，可能导致量子计算机丢失信息，产生错误。而谷歌的最新成果是能够在更大规模上纠正这些错误。
谷歌的公告重燃公众对量子计算的热情，这是件好事。这个行业正在悄然取得巨大进展，有望为企业和政府研究人员提供极具价值的计算设备。投资者应当保持耐心。部分计算机制造商，如IonQ Inc．，声称他们的设备已经展现实际效用。这家初创公司的股价在本年度已上涨逾3倍，该公司计划在其工厂打造5台量子计算机，并刚刚在瑞士搭建了一台。
众多早期的量子计算机型号（虽容易出错），如IonQ和Rigetti Computing的产品，均能通过亚马逊的Braket与微软的Azure平台进行访问。这些平台也可接入其他公司的量子计算机，包括Pascal、Quantum Circuits Inc．以及由霍尼韦尔国际公司（Honeywell International Inc．）控制的Quantinuum制造的设备。IBM通过其Qiskit平台提供软件工具，并开放了部分量子计算机型号的访问权。谷歌提供软件工具和模拟服务，但量子计算机尚未对外开放。
换句话说，尽管量子计算机容易出错且功能有限，但可以通过基于云的网络访问。行业资深人士，例如加州理工学院的约翰·普雷斯基尔（John Preskill），多年来一直秉持“量子计算尚需十年”的观点，如今也开始感到兴奋。
“量子硬件已经发展到能够推进科学发展的阶段，”普雷斯基尔在Willow发布会所附视频中说道，“我们可以研究此前从未触及的复杂量子系统。”
普雷斯基尔说这些系统正在不断改善。有鉴于此，霍尼韦尔应该抵御投资者要求其出售Quantinuum股权的压力，该公司持有54%的Quantinuum股权。目前，该行业已临近为众多行业的研究提供强大工具的关键阶段，其价值必然会持续上升。投资者所主张的简化霍尼韦尔集团模式的观点，恰恰忽略了这一趋势。
当然，量子计算机尚未准备好进入主流市场，因为这些设备仍存在较高的出错率。但这场关于谁能率先打造出实用的量子计算机的竞赛正进入冲刺阶段，现在是关注投资机会的大好时机，同时也带来了一场极具娱乐价值的“真人秀”。在这场竞赛中，科学家们组队对抗，力争成为一个新的计算机时代的奠基者。不过，最终可能很难确定一个赢家，因为在技术能够显著推动科研发展之前，往往是逐步演进、累积提升的。
这场竞赛之所以如此有趣，是因为它让两大技术路线或阵营形成对峙，以角逐终极目标：一台具备足量纠错量子比特、以开展高级计算的机器。这两大阵营的分歧将解答一个关键问题：人类能否制造出一种可生成量子态的物体，并进行充分的调整，使生成的量子态匹敌原子或光子等粒子所具备的天然量子态？
制造量子比特的阵营包括谷歌、IBM、Rigetti、IQM等公司，它们正在构建运用超导量子比特的计算机。在Willow公告中，谷歌介绍了其位于加州圣巴巴拉的专门制造超导量子比特的设施，以及该设施如何大幅提高了其量子比特处于量子态的时长。
另一阵营是利用原子或光子等天然粒子创建量子比特的公司。他们认为基于半导体技术进步的量子比特制造方法将面临技术瓶颈，无法实现所需的制造精度和连接能力。此阵营包括制造受控离子计算机的IonQ和Quantinuum等公司，他们通过激光捕捉、控制和操纵原子（有初创公司选择了光子）。超导阵营指出，用激光移动原子等粒子会产生错误并降低计算速度。对于用天然粒子制造的计算机来说，扩展能力是个大难题，而制造量子比特的公司能依靠半导体行业已有的扩展能力。
量子比特之间也存在差异。别忘了，这是真实粒子与人造粒子的比拼。或许两种路径都将在市场上占有一席之地。行业标准可能会着重于明确提供给程序员的纠错或逻辑量子比特的数量。在Willow公告中，谷歌宣称已超越“门槛以下”水平，能够增加量子比特并减少错误。这一点至关重要，因为量子计算机需要加入备用量子比特来纠正和维持逻辑或纠错量子比特的数量。传统计算机也会纠错，但晶体管出错的概率本就微乎其微。
Quantinuum、IonQ、Atom Computing等基于原子的计算机制造商自认为在这场竞争中处于领先地位，因为他们的量子比特的错误率相对较低。今年4月，Quantinuum与微软联合发表了一篇论文，详细阐述了如何使用30个物理量子比特构建4个逻辑量子比特。这里需要提醒一下，研究人员曾表示，即使一台只有100个纠错量子比特的计算机，也可以实现传统计算机无法比拟的计算能力。
这场旷日持久的量子计算竞赛正接近尾声，且竞争步伐不断加快。这将催生诸多商业机会。IonQ的股价刚刚创下历史新高，Rigetti的股价自12月6日以来已然翻倍。Quantinuum可能在不久后上市。谷歌已经点燃了公众热情。霍尼韦尔等公司的投资者应该认识到，耐心等待将为他们带来丰厚回报。
