谷歌稱其量子晶元年底前將實現「量子霸權」

近年來呼聲頗高的量子計算總被認為是最有希望替代掉傳統超級計算機的下一代計算工具，而其最核心的技術就是基於量子疊加特性的量子晶元。如今，包括 IBM、谷歌、微軟以及一些像 D-Wave 之類的初創公司都已經進入了這個領域，競爭彷彿突然之間就變得異常激烈了。

就在上個月，IBM 正式宣布將在今年年內推出全球首個商業「通用」量子計算服務 IBM Q 之後，另一家科技巨頭谷歌也有了新的消息，同樣是將時間表定在了年底，谷歌要做的卻是一次翻天覆地般的革命，他們要真正的利用自家的量子晶元打造出世界上第一台可以超越傳統計算機的量子計算機。如果這個目標可以實現，那毫無疑問，谷歌將主導「量子霸權」時代。

近日，谷歌量子計算晶元團隊的負責人 John Martinis 在美國電氣和電子工程師協會（IEEE）TechIgnite 會議上表示，他的團隊年底前將開發出實現「量子霸權」的設備。

所謂「量子霸權」（quantum supremacy）是加州理工學院物理學家 John Preskill 發明的名詞。通俗的解讀就是：超級計算機目前的計算能力相當於擁有 5 到 20 個量子位的量子計算機，但當量子晶元的量子位達到約 49 個以上時，量子計算機的能力將徹底的將超級計算機甩在身後。

圖 | 加州理工學院物理學家John Preskill

截止目前為止，科學家們已經研製出了能完全編程的5個量子位的計算機，以及包括 10 到 20 個量子位的測試系統。但這次谷歌的研究團隊要做的恰恰就是要製造出擁有49 個量子位的量子計算機，而時間就在年底前。可以想見，這是多麼大的一次跨越。

雖然看起來時間緊迫，谷歌自己誇下的海口要在僅僅幾個月之內完成似乎是天方夜譚，但谷歌量子計算晶元團隊的負責人 John Martinis 卻表現得信心十足。他認為，在這場勢均力敵的拉鋸戰中谷歌已經拔得頭籌，接下來要做的就是準備好收穫果實了。

圖 | 谷歌量子計算晶元團隊負責人John Martinis

當然，Martinis 並非盲目自信，他的信心來自於其團隊最近取得的成果。前不久，谷歌這支 25 人的研發團隊成功開發出一種全新的量子晶元，此款晶元雖然只有 6 個量子位，甚至落後於谷歌之前研製的 9 量子位晶元，但這次的突破在於這些量子位被安置為一個 2X3 的結構中。Martinis 表示，這意味著在網狀放置的結構中，依然可以保持量子位的可用性，這為今後實現更為複雜裝置奠定了基礎。

圖 | Google的晶元已準備好進行測試

這種 6 量子比特的晶元同樣也驗證了凸點鍵合這一核心工藝的實現。傳統工藝是將量子比特與控制線路集成在一起形成量子晶元，而凸點鍵合工藝則是將量子比特和控制線路分別製作於兩個不同晶元上，然後將兩個晶元對應的凸點鍵合在一起，形成量子計算晶元。這種工藝不僅大幅提高了量子計算晶元的可擴展性；同時，還可以減少晶元中的控制線路，降低線路對量子比特的干擾。因此，這項工藝兩年前一經提出，就成為了谷歌團隊主要關注和研究的對象。

「我們掌握了這項工藝，而現在我們準備加速向前推進。」 Martinis表示，「而基於 30 至 50 個量子位的晶元已在設計之中。」

在TechIgnite會議的演講中，Martinis也提到了這款 6 量子位的晶元。不過，直到目前，其團隊也沒有披露更多相關的技術細節。

麻省理工學院量子計算研究組的負責人 Simon Gustavsson 對谷歌的工作給予了肯定。「谷歌是這場競賽中的佼佼者，它和 IBM 之間的競爭非常激烈。」

馬里蘭大學教授、量子計算創業公司IonQ的聯合創始人Chris Monroe表示，「這將是量子計算研究領域的一座里程碑。雖然在這之後，人們還是要想辦法解決量子晶元可擴展性和可編程性的問題。」

圖 | Chris Monroe

Martinis也認同需要做的事情還有很多。但他認為，這個突破將會成為實用型量子計算機的堅實基礎，而該目標也讓谷歌的管理層（包括公司的聯合創始人謝爾蓋·布林）意識到了量子計算技術在逐步成真——「他們都意識到了並且對此非常興奮」。

Martinis說，「我們正在試著從谷歌內部獲得支持，而且這個實驗讓很多其他的技術人員願意與我們進行交流。」

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