啥？霍尼韋爾(Honeywell)做出了全球性能很好的量子計(jì)算機(jī)？

霍尼韋爾最近可是非常忙活。作為全球數(shù)一數(shù)二的口罩廠商，疫情期間霍尼韋爾一直在努力生產(chǎn)口罩，大家對它的印象也多停留在口罩生產(chǎn)者的層面。但是事實(shí)上，人家是正經(jīng)的多元化高科技制造企業(yè)，航空產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品、渦輪增壓器以及特殊材料統(tǒng)統(tǒng)生產(chǎn)過。

今年3月，霍尼韋爾就揚(yáng)言，“在接下來的三個(gè)月內(nèi)，我們將推出世界上性能很高的量子計(jì)算機(jī)?！?/span>

3個(gè)月后，在6月18日，霍尼韋爾宣布：已經(jīng)建造了目前世界上性能很好的量子計(jì)算機(jī)，量子體積達(dá)到64，其性能是下一代量子計(jì)算機(jī)的兩倍，甚至超過了谷歌、IBM、英特爾的同類產(chǎn)品。

霍尼韋爾的這臺(tái)量子計(jì)算系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

量子體積達(dá)到64，并且還在指數(shù)級提升

這可不是霍尼韋爾自封的，而是基于IBM建立的量子計(jì)算機(jī)衡量基準(zhǔn)得出的結(jié)論。

IBM提出了一個(gè)專門表示量子計(jì)算機(jī)性能的指標(biāo)——量子體積，并指出，該公司開發(fā)的量子計(jì)算設(shè)備的“量子體積”增長規(guī)律類似摩爾定律。

IBM曾在官方網(wǎng)站上發(fā)文對“量子體積”概念進(jìn)行了解釋。文章說，量子體積是一個(gè)衡量量子計(jì)算機(jī)性能的專用指標(biāo)，其影響因素包括量子比特?cái)?shù)、測量誤差、設(shè)備交叉通信及設(shè)備連接、電路軟件編譯效率等。量子體積越大，量子計(jì)算機(jī)性能就越強(qiáng)大，能解決的實(shí)際問題就越多。

這篇由IBM研究人員杰伊·甘貝塔和薩拉·謝爾登撰寫的文章還說，自2017年發(fā)布量子體積為4的設(shè)備“IBM Q 5 Tenerife”以來，IBM開發(fā)的量子計(jì)算設(shè)備的量子體積每年翻一番，這一增長規(guī)律與摩爾定律類似。

霍尼韋爾的量子計(jì)算機(jī)量子體積已經(jīng)達(dá)到了64，并且還稱，未來5年，他們產(chǎn)品的量子體積每年將以一個(gè)數(shù)量級的速度增長。

這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)有6個(gè)有效的量子比特。在許多情況下，一個(gè)系統(tǒng)的有效量子比特?cái)?shù)比系統(tǒng)中原始的或物理的量子比特?cái)?shù)要少，因?yàn)橐恍┝孔颖忍赜锌赡軄G失。但Uttley說，由于優(yōu)越的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，霍尼韋爾的計(jì)算機(jī)不會(huì)失去任何原始的量子比特。

霍尼韋爾表示，將在一年之內(nèi)得到至少10個(gè)有效量子比特，相當(dāng)于1024的量子體積。

霍尼韋爾的硬件與量子領(lǐng)域的其他參與者也不太相同。它是由捕獲的離子組成的，離子是具有凈正電荷或負(fù)電荷的原子。在這種情況下，阱是一個(gè)制造的設(shè)備，像一個(gè)計(jì)算機(jī)芯片，大約有四分之一的大小。

霍尼韋爾公開描述其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由一個(gè)“超高真空室”組成，它是一個(gè)籃球大小的不銹鋼球，有可以讓激光進(jìn)入的開口。艙室由液氦冷卻到絕 對零度以上10度，或華氏零度以下441度。

離子阱位于真空室內(nèi)。當(dāng)激光射入艙內(nèi)的開口并擊中被捕獲的離子時(shí)，量子操作就會(huì)發(fā)生，而這些操作類似于在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，移動(dòng)電子通過由硅晶體管組成的門。

霍尼韋爾量子部門負(fù)責(zé)人Tony Uttley稱，包括摩根大通在內(nèi)的客戶已經(jīng)用上了這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，進(jìn)行一些與金融服務(wù)相關(guān)的研究計(jì)算，包括在欺詐檢測和為交易策略實(shí)施人工智能方法方面的應(yīng)用。

摩根大通還把他們借助霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)寫成了論文《Canonical Construction of Quantum Oracles》，并掛在了arXiv上。

研究員還在論文中特別感謝了霍尼韋爾，包括Uttley，“他們對我們在霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)上的實(shí)驗(yàn)執(zhí)行提供了寶貴的幫助。”

去年11月，霍尼韋爾宣布與微軟的合作伙伴關(guān)系，在完成最后的測試后，霍尼韋爾和微軟“希望在未來幾周內(nèi)能夠讓客戶通過Azure云進(jìn)入最新的量子系統(tǒng)”。

最后，這么多巨頭爭相追逐制造的量子計(jì)算機(jī)，到底厲害在哪呢？

圖靈獎(jiǎng)華人得主姚期智先生曾經(jīng)打過這樣一個(gè)比喻。

中國有一個(gè)很古的寓言，是說“楊子見歧路而哭之”，楊朱看到有一只羊走失了，他走到了分叉的地方，他不知道羊在哪一條路上，這個(gè)時(shí)候他就不能夠決定，覺得很悲傷，因?yàn)榭雌饋砟芟氲降姆椒ǎ褪悄惚仨毾热プ咭粭l路，然后再走另外一條路。這代表著我們在做計(jì)算機(jī)的一個(gè)計(jì)算問題的時(shí)候，我們想要找一個(gè)答案，常常要搜索好幾個(gè)不同的方向，來看到底哪一個(gè)方向才能夠給你一個(gè)答案，這是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)面臨的一個(gè)問題。

在量子世界里面，這個(gè)問題能夠得到解決。

在傳統(tǒng)的世界里面，楊子看到有歧路，我們腦筋里面出現(xiàn)的一個(gè)景象，很好的解決方法是什么呢？如果楊子是孫悟空的話，這個(gè)問題就解決了，因?yàn)槲以陬^上拔幾根毛，變出很多個(gè)小孫悟空，每個(gè)人都走不同的路。這樣的話，大家可以同時(shí)搜索，搜索的時(shí)間就短了，一個(gè)難的問題就變得容易了。

而在量子世界的時(shí)候，這些最微小的粒子本身就具有孫悟空一樣的能力。所以，這是一個(gè)非常神奇的事情，在這種最微小的量子世界里面，一個(gè)小孫悟空可以一下子變成兩個(gè)孫悟空，有一半的他走一條路，另外一半走另外一條路。

所以在量子世界里面，在這些最小的分子、原子之下，他們這些小孫悟空，如果我們在一種適合的情況下，他們真的能夠有一個(gè)非常好的配合，能夠讓他們所有的分身全部分開，大家一起合作。換句話說，這個(gè)就是達(dá)到了我們的平行計(jì)算，基本上等于有無限多個(gè)能夠運(yùn)作的計(jì)算器給你用。

這種能夠分身的魔術(shù)，并不是在所有的計(jì)算問題里面，都能夠達(dá)到這個(gè)效果，不幸的是，量子物理世界在原理上還有其他結(jié)果。但是，有時(shí)候它可以做到。

在經(jīng)典物理里有一個(gè)和量子相似的情況，這個(gè)就是光，剛才你看到一個(gè)光，光有一個(gè)性質(zhì)，大家碰到一起的時(shí)候，能夠幫助消長。一個(gè)非常經(jīng)典的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，你如果從一個(gè)光源，放出一個(gè)光，經(jīng)過一個(gè)屏幕，上面有很多的小洞，你在后面再放第二個(gè)屏幕，在第二個(gè)屏幕上，你就會(huì)看到，如果你看的精細(xì)的話，屏幕上的這個(gè)光，會(huì)有一個(gè)周期性的現(xiàn)象，有的時(shí)候亮，有時(shí)候暗，從亮到暗，可以看出有一個(gè)不同的變化。到底長的什么樣子，它是跟光學(xué)的原理判斷的。 

重要的一點(diǎn)是，它這個(gè)變化怎么決定的，是由前面的波長、屏幕上的針孔之間的距離、參數(shù)所決定的。所以，你如果把這個(gè)問題反過來看，你如果看到結(jié)果以后，會(huì)告訴你原本的光源里面的性質(zhì)。

這個(gè)波的傳播，從計(jì)算機(jī)的角度來講，是可以計(jì)算的。

在量子里面，我們怎么樣用到剛才這件事情？如果說我們有一個(gè)密碼想要破解，我們可以把它代表成為量子里面的量子態(tài)，那么，量子態(tài)如果設(shè)計(jì)得好的話，在一個(gè)不太長的時(shí)間，你就能夠量出這些有意思的pattern，把它反過去就可以查出來它本來的密碼。

一旦量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，求解量子方程式就有了可能。而如果你能解量子方程式的話，很多物理上的問題、化學(xué)上的問題、生物上的問題，甚至人工智能的問題就都迎刃而解了。