參考消息網(wǎng)2月1日?qǐng)?bào)道 據(jù)瑞士《新蘇黎世報(bào)》網(wǎng)站1月3日?qǐng)?bào)道，谷歌的科學(xué)家正在位于美國圣巴巴拉的量子人工智能實(shí)驗(yàn)室里熱火朝天地研究，力爭在量子計(jì)算領(lǐng)域取得突破。不僅是科技企業(yè)，各國政府也在爭奪這一領(lǐng)域的主導(dǎo)權(quán)。
谷歌的新實(shí)驗(yàn)室第一眼看去就很時(shí)髦——就像它所處的沖浪小城圣巴巴拉一樣時(shí)髦。內(nèi)墻被涂上了明亮的色彩，入口處沒有自行車停放架，但有沖浪板架，還有一面為喜歡陸上運(yùn)動(dòng)的人準(zhǔn)備的巨大攀巖墻。“我們希望員工在這里盡可能感到舒適。”實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人埃里克·盧塞羅笑道。他本人看起來不像研究人員，反而更像好萊塢明星：頭發(fā)長到下巴，穿著皮夾克，太陽鏡掛在翻領(lǐng)上。
投入巨額資金
進(jìn)行休閑運(yùn)動(dòng)是為了創(chuàng)造自由的思維空間，因?yàn)檫@里的科學(xué)家研究的是我們這個(gè)時(shí)代最復(fù)雜的問題之一：量子計(jì)算。一些專家甚至稱其為人類目前最重要的研究戰(zhàn)線。
量子計(jì)算機(jī)的工作原理是量子物理學(xué)機(jī)制。具體的工作方式很復(fù)雜，但其與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)最重要的區(qū)別如下：眾所周知，一個(gè)經(jīng)典比特——也就是計(jì)算機(jī)信息的最小單位——只有0或1兩種狀態(tài)，而且它們不能同時(shí)存在。而量子計(jì)算機(jī)的基本計(jì)算單位，即所謂的量子比特，可以同時(shí)處于多種狀態(tài)。
這就讓量子計(jì)算機(jī)有可能以極快的速度完成困難的運(yùn)算：哪種化學(xué)成分的組合能形成最好的藥品？如何最高效地將大量電動(dòng)汽車分配到充電站？如何優(yōu)化復(fù)雜的股票投資組合以將風(fēng)險(xiǎn)降到最低？
谷歌是量子計(jì)算機(jī)研究的領(lǐng)頭羊之一，但遠(yuǎn)非唯一的參與者。國際商業(yè)機(jī)器公司、微軟、亞馬遜、英特爾、阿里巴巴——我們這個(gè)時(shí)代最大的科技公司——多年來為此投入了巨額資金，現(xiàn)在還有數(shù)百家初創(chuàng)企業(yè)也在專攻量子計(jì)算。
2021年春，谷歌在圣巴巴拉設(shè)立了量子人工智能實(shí)驗(yàn)室。不過，由于新冠大流行，直到近幾個(gè)月才允許訪客入內(nèi)。
谷歌選擇在圣巴巴拉建實(shí)驗(yàn)室要?dú)w功于當(dāng)?shù)氐拇髮W(xué)。加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校（簡稱UCSB）是全球領(lǐng)先的量子計(jì)算研究中心之一，與谷歌合作多年。谷歌在幾年前甚至挖走了該領(lǐng)域領(lǐng)先的研究團(tuán)隊(duì)。
該實(shí)驗(yàn)室的核心被無塵室和工作臺(tái)包圍。谷歌的量子計(jì)算機(jī)就像一塊倒置的婚禮蛋糕一樣從天花板垂下來。但它的成分不是奶油和海綿蛋糕，而是盤繞著向頂部匯集的電線。那里有一個(gè)巴掌大的處理器，它的外號(hào)是“西克莫”。在它上面的是一個(gè)指甲大小的芯片，搭載著54個(gè)量子比特。谷歌實(shí)驗(yàn)室中共有20臺(tái)這樣的量子計(jì)算機(jī)，每臺(tái)的設(shè)計(jì)都略有不同。
競逐“量子優(yōu)勢”
有些通往處理器的電線是冷卻電線。在實(shí)驗(yàn)過程中，盧塞羅及其同事會(huì)將整個(gè)量子計(jì)算機(jī)沉入一個(gè)巨大的金屬圓筒中。只有這樣才能達(dá)到量子計(jì)算所需的極低溫度。低溫能讓熱噪聲保持在盡可能低的水平，這樣科學(xué)家才能記錄量子比特的信號(hào)。為此環(huán)境溫度必須下降至10毫開爾文，大致相當(dāng)于零下273攝氏度——接近太空中的低溫。“這就是沒有誰會(huì)在家里擁有一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的原因之一。”盧塞羅笑著說。
極端低溫的實(shí)現(xiàn)方式是用壓縮機(jī)將氦氣混合物通過天花板上的管道注入量子計(jì)算機(jī)。在實(shí)驗(yàn)室里，到處都能聽到沉悶的抽氣聲。
谷歌是否取得了突破性進(jìn)展？
2019年，谷歌圣巴巴拉實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在全世界引發(fā)轟動(dòng)：研究人員宣布實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”——這是一座里程碑。
具體來說，谷歌的“西克莫”計(jì)算機(jī)在200秒內(nèi)完成了哪怕是功能最強(qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)也需要花1萬年才能完成的任務(wù)。
英國《自然》周刊在其封面上慶祝了盧塞羅及其同事取得的突破。那期封面也被放大并裝裱起來，顯眼地懸掛在實(shí)驗(yàn)室入口處的攀巖墻對(duì)面。
但隨后在2022年，中國科學(xué)家宣布，他們用60個(gè)普通的圖形處理器也能完成谷歌量子計(jì)算機(jī)完成的上述任務(wù)，而且只需5天。谷歌的“量子霸權(quán)”（也稱“量子優(yōu)勢”）似乎已不復(fù)存在。在被問及這個(gè)問題時(shí)，盧塞羅說：“我們是大家追趕的目標(biāo)，因?yàn)槲覀兿蚴澜缯故玖宋覀兊某晒！彼硎荆约汉芨吲d聽到中國同事的批評(píng)意見，這是優(yōu)質(zhì)科研的標(biāo)志。
事實(shí)上，即使開展了數(shù)十年的研究，投入了大量資金，許多問題仍然沒有答案：應(yīng)該如何構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)？應(yīng)該用什么材料來制造量子比特？以及最好應(yīng)該以何種形式排列量子比特？需要更多可以同時(shí)進(jìn)行更長時(shí)間無誤計(jì)算的量子比特。為了解決這些問題，不同的公司采取了不同的策略。但迄今為止，量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率還是很高，大多數(shù)時(shí)候都會(huì)失敗，幾乎無法解決任何日常問題。盧塞羅表示，如果說量子計(jì)算機(jī)擅長什么的話，那就是生成隨機(jī)數(shù)。
還需數(shù)年才能真正實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)勢”。該領(lǐng)域的世界頂尖專家之一、美國加州理工學(xué)院的阿列克謝·基塔耶夫近期在接受《紐約人》周刊采訪時(shí)說：“我曾在1998年預(yù)言，我們將在30年內(nèi)建成量子計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在我不確定我們到時(shí)能否做到。”安全專家將這一時(shí)間點(diǎn)稱為Y2Q，也就是“量子年”。
前景激動(dòng)人心
雖然道路看起來仍然漫長，但到了終點(diǎn)卻有豐厚的獎(jiǎng)金。誰能第一個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)勢”，就可能創(chuàng)造硅芯片的繼任者——硅芯片正是開啟了信息時(shí)代的發(fā)明。
在那之后將會(huì)出現(xiàn)全新的應(yīng)用方式。科學(xué)家認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)可以有效模擬自然界中的任何過程。例如，如今平均耗資20億美元、耗時(shí)10年以上的藥物研發(fā)過程將大大提速；量子計(jì)算機(jī)還可以制造新的工業(yè)化學(xué)品，幫助解決氣候變化和糧食短缺等問題；它還可用于研制可生物降解的塑料或無碳排放的飛機(jī)燃料。量子計(jì)算機(jī)似乎將為人類面臨的最緊迫問題提供答案。麥肯錫咨詢公司估計(jì)，量子計(jì)算機(jī)將給所有行業(yè)帶來至少3000億至7000億美元的附加價(jià)值。
但量子計(jì)算機(jī)的其他應(yīng)用方式卻不那么令人鼓舞。量子計(jì)算機(jī)可以破解常見的加密方法。眾所周知，電子郵件、金融交易和健康數(shù)據(jù)都是通過安全協(xié)議加密的。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要幾千年時(shí)間才能破解它們，而量子計(jì)算機(jī)可在一天內(nèi)把所有可能的組合都嘗試一遍。美國情報(bào)機(jī)構(gòu)多年來一直就量子計(jì)算的這些陰暗面發(fā)出警告。美國國家安全局的一名工作人員幾年前在《紐約時(shí)報(bào)》上發(fā)表文章稱：“這種解密能力可以使弱國的軍事能力幾乎失去意義。”
這就是許多國家競相開發(fā)這項(xiàng)新技術(shù)的原因之一。例如，拜登政府在2022年春季宣布，量子計(jì)算是國家安全領(lǐng)域的優(yōu)先事項(xiàng)。美國將投入大量資金以確保自己處于第一梯隊(duì)，同時(shí)也在升級(jí)自己的防線。最遲到2035年，所有政府機(jī)構(gòu)都必須按照美國國家安全局等情報(bào)部門正在制定的量子安全新標(biāo)準(zhǔn)加密數(shù)據(jù)。這將耗費(fèi)大量資金。但美國政府指出，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)濟(jì)和軍事安全構(gòu)成重大威脅。
麥肯錫咨詢公司估計(jì)，世界各國迄今已投入300億美元公共資金用于研究量子計(jì)算。中國處于領(lǐng)先地位：它計(jì)劃為研發(fā)量子計(jì)算機(jī)投資150億美元。科學(xué)家約翰·馬丁尼斯最近在接受采訪時(shí)說：“在制造高質(zhì)量量子比特方面，可以說中國人走在了世界前列。”他的團(tuán)隊(duì)2019年在谷歌實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。
谷歌也已在關(guān)注下一步的發(fā)展。該公司未來一年的目標(biāo)是制造出第一個(gè)糾錯(cuò)量子比特。谷歌取得突破的信念很強(qiáng)烈，目前正在位于圣巴巴拉的現(xiàn)有園區(qū)附近建造下一座實(shí)驗(yàn)室。谷歌希望在其內(nèi)建造一臺(tái)可以同時(shí)運(yùn)行1000個(gè)糾錯(cuò)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。盧塞羅說：“我們生活在一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)代：量子計(jì)算的黃金時(shí)代。”
