14
2018 年 1 月 9 日，英特 CEO 科再奇在第 51 屆國際消費類電子產(chǎn)品展覽會（CES）主題演講環(huán)節(jié)表示，英特爾向合作伙伴 QuTech 交付首個 49 量子位量子計算測試芯片。這離 2017 年 10 月向 QuTech 交付首顆 17 量子位的測試芯片僅僅只有三個月的時間。
量子位元與二進(jìn)制元
所謂的“量子位元(Quantum bits)”是量子力學(xué)的單位，“量子位元”和目前一般計算機科技普遍使用的“二進(jìn)制元(Binary bits)”有所不同，二進(jìn)制元只能是 0 或是 1 擇一，而量子位元可以同時具有 0 和 1 值。
量子芯片難在哪里？
根據(jù)英特爾的介紹，量子計算的構(gòu)建模塊(也就是量子位)相當(dāng)脆弱，只能在極低的溫度（20millikelvin，接近絕對零度）下運行，比外太空低 250 倍，而且封裝時要求很高，必須預(yù)防數(shù)據(jù)丟失。英特爾俄勒岡和亞利桑那的團(tuán)隊找到一種新方法，使芯片的架構(gòu)在更高溫度下更可靠，量子位之間的射頻干擾更小，防止噪音和溫度升高對整體數(shù)據(jù)的影響，與引線鍵合(wire-bonded)芯片相比，新芯片發(fā)送接收的信號多出 10-100 倍，設(shè)計更好，可以用在更大的量子集成電路上，它比傳統(tǒng)硅芯片大很多。
量子計算有多快
理論上，2 個量子位的量子計算機，每一步可做到 2 的 2 次方，也就是 4 次運算，所以 17 量子位芯片每一步就達(dá)到 2 的 17 次方，也就是 131072 次，較酷睿 i7 提升了 6 萬倍；而 49 量子位芯片每一步可達(dá) 2 的 49 次方，秒殺超算計算機。
巨頭競賽
目前量子計算基本上是谷歌、IBM、英持爾之間的競賽。
1、谷歌
谷歌的工作基于加州大學(xué)圣巴巴拉分校教授約翰·馬提尼斯（John Martinis）的研究。John Martinis 現(xiàn)在是谷歌量子計算芯片團(tuán)隊負(fù)責(zé)人。
2017 年 4 月，該團(tuán)隊展示了一種全新的量子芯片，6 個量子位芯片的突破性在于這些量子位被安置為一個 2X3 的結(jié)構(gòu)中。谷歌量子計算芯片團(tuán)隊負(fù)責(zé)人 John Martinis 表示，這意味著在網(wǎng)狀放置的結(jié)構(gòu)中，依然可以保持量子位的可用性，這為今后實現(xiàn)更為復(fù)雜裝置奠定了基礎(chǔ)。
6 量子比特的芯片同樣也驗證了凸點鍵合這一核心工藝的實現(xiàn)。傳統(tǒng)工藝是將量子比特與控制線路集成在一起形成量子芯片，而凸點鍵合工藝則是將量子比特和控制線路分別制作于兩個不同芯片上，然后將兩個芯片對應(yīng)的凸點鍵合在一起，形成量子計算芯片。這種工藝不僅大幅提高了量子計算芯片的可擴展性；同時，還可以減少芯片中的控制線路，降低線路對量子比特的干擾。
Martinis 表示要在 2017 年底要制造出擁有 49 個量子位的量子計算機。目前沒有獲得消息。
2、IBM
IBM 的成果基于耶魯大學(xué)教授羅伯特·施羅科夫（Robert Schoelkopf）的研究，而 IBM 的團(tuán)隊中也有他的多名博士生和研究生。
2016 年 5 月，IBM 發(fā)布了一臺 5 個量子位的機器以及全球首個量子計算云服務(wù)。
2017 年 5 月，IBM 展示了首個包含 17 個量子位的芯片。
2017 年 11 月 12 日，IBM 宣布成功研發(fā)出 20 量子位的量子計算機，并成功建成并測試全球首臺 50 個量子位的量子計算原型機。
3、英特爾 /QuTech
2015 年 9 月，當(dāng)時英特爾與 QuTech 簽署合作協(xié)議：一是投資 5 千萬美元給 QuTech。二是提供技術(shù)支援，合作期間長達(dá) 10 年；英特爾工程師入駐荷蘭實驗室共同合作開發(fā)量子計算機，并分享一些關(guān)于計算機芯片開發(fā)以及處理器架構(gòu)的知識，英特爾將負(fù)責(zé)開發(fā)由硅和鍺晶體管所組成的芯片，提供給 QuTech 來開發(fā)量子計算機。三是提供 QuTech 研究團(tuán)隊有關(guān)超低溫電子技術(shù)。超低溫電子技術(shù)將可以與量子位元相互結(jié)合，是量子計算機開發(fā)過程中需要的運用與測量需求的重要技術(shù)。
QuTech 是家專門研發(fā)量子計算機(Quantum computer)的研究機構(gòu)，是由 TU Delft 科技大學(xué)與荷蘭工研院 TNO 共同合作的結(jié)晶。
科再奇表示：“量子計算有望解決當(dāng)今幾乎無法攻克的難題。比如，量子計算機可以模擬自然，從而推進(jìn)化學(xué)、材料科學(xué)和分子建模的研究，如參與創(chuàng)造一個新的催化劑來隔離二氧化碳、開發(fā)房間溫度超導(dǎo)體，或者發(fā)現(xiàn)新的藥物。量子計算有著能增強未來高性能計算機功能的巨大潛力。”
2017 年 10 月提供向 QuTech 交付首顆 17 量子位的測試芯片僅僅只有三個月的時間。
2018 年交付首個 49 量子位量子計算測試芯片。
中國的進(jìn)展
2016 年，中國科技大學(xué)成功研發(fā)出基于砷化鎵的 3 個量子位芯片。
2016 年，中國科技大學(xué)成功研發(fā)出基于砷化鎵的 3 個量子位芯片。目前，我國自主研發(fā)的超導(dǎo)量子線路樣品也僅僅到 10 量子位。
在 2017 年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位聯(lián)合研制了 2 臺量子計算機，一臺基于低溫超導(dǎo)系統(tǒng)，這臺量子計算機有 10 個量子比特。另一臺基于線性光學(xué)，達(dá)到 5 個量子比特。
中科院正在研制中國首臺量子計算機，可能還需要幾年時間。
后記
未來的計算機，乃至 AI 會不會真的實現(xiàn)取代人類呢？當(dāng)然，目前量子技術(shù)還主要處于實驗階段，要實現(xiàn)商用還有很長的路要走。
有專家表示，“量子計算機是一項顛覆性的技術(shù)，一旦成功研發(fā)，就可以破解現(xiàn)在所有的密碼，另外它還可以解決大數(shù)據(jù)等等問題。”
閱讀全文
