近日，在AWS re：Invent全球大會上，亞馬遜官宣AWS三箭齊發(fā)量子計算組合拳：Braket、AWS量子計算中心和量子解決方案實驗室。
隨著亞馬遜的強勢入局，加上此前鼓吹量子霸權(quán)的谷歌、起步最早的IBM、暗自發(fā)力的微軟，這場關(guān)于量子計算的巨人戰(zhàn)爭正式打響。
看似入局新人，實則有備而來
從最近的情況看，亞馬遜的切入點還是比較務(wù)實的。因為量子計算還是處于初級階段。因此，企業(yè)級應(yīng)用尚未形成，而亞馬遜希望借助Braket幫企業(yè)客戶開始學(xué)習(xí)和試驗量子計算，通過比較不同量子技術(shù)的開發(fā)、仿真和測試環(huán)境，評估適合自身發(fā)展的演化路徑。
一直以來，AWS提供著從磁盤存儲到衛(wèi)星控制天線等160多種服務(wù)，這次亞馬遜選擇了非自建而是將量子計算機訪問放入其云服務(wù)的范圍，讓客戶通過AWS就可以訪問合作伙伴的量子計算系統(tǒng)。
Braket，名稱來自量子力學(xué)的狄拉克符號——“bra-ket”，用來描述量子力學(xué)狀態(tài)。它讓客戶可以自行構(gòu)建量子算法和基本應(yīng)用程序，然后在AWS上進行模擬測試。
目前，亞馬遜的合作伙伴展示了三種不同的量子處理器方法，它們是基于量子比特（qubit）設(shè)備構(gòu)建的，量子比特將數(shù)據(jù)編碼成量子力學(xué)效應(yīng)。其中，舊金山灣區(qū)的Rigetti使用了與IBM和谷歌相同的超導(dǎo)芯片；加拿大的D-Wave使用類似方法來使處理器進行量子退火（quantum annealing）；馬里蘭大學(xué)的衍生企業(yè)IonQ使用激光控制的離子阱（Ion trap）裝置。亞馬遜表示，該服務(wù)預(yù)計2020年向所有企業(yè)客戶推出。
亞馬遜進軍量子計算，迅速得到了合作伙伴的積極反饋。波音公司表示，正在從事與基礎(chǔ)材料、系統(tǒng)優(yōu)化、安全通信等方面切入量子計算研究，希望借助顛覆性的量子計算、傳感和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決航空航天行業(yè)遇到的挑戰(zhàn)，提升產(chǎn)品和服務(wù)。因此，在發(fā)展的過程中，特別期待與AWS協(xié)作。
應(yīng)該說，從一開始，亞馬遜就在搭建產(chǎn)學(xué)研一條龍服務(wù)。
而把“AWS量子計算中心”實驗室建在加州理工旁邊，亞馬遜的初衷也是希望匯集人才，促進科學(xué)和工業(yè)的創(chuàng)新。
尤其是在傳統(tǒng)計算機無法企及的領(lǐng)域，量子計算很可能在儲能、化工、材料、藥物、工藝優(yōu)化和機器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域發(fā)揮作用。
一邊是高校，一邊是企業(yè)，亞馬遜的橋梁紐帶作用定位明確，并且著力打造量子解決方案實驗室，將計劃把研討會與頭腦風(fēng)暴相結(jié)合，幫助客戶從業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)倒推，逐步地、有效地使用量子計算機，進而開始開發(fā)自己的量子計算策略，建立內(nèi)部的專業(yè)知識，最終部署量子應(yīng)用。
目前，合作伙伴網(wǎng)絡(luò)（APN）成員包括：1Qbit、Rahko、Rigetti、QCWare、QSimulate、Xanadu和Zapata。
作為入局的新人，亞馬遜量子計算的“三駕馬車”布局算是合理，顯然經(jīng)過了深思熟慮。
這時回頭看看其他三強的表現(xiàn)，我們或許可以一窺量子領(lǐng)域的現(xiàn)狀。AWS副總裁比爾瓦斯表示，亞馬遜開展量子計算研究大概四年時間，而其他三強（微軟、IBM、谷歌）都在八年以上。微軟則聲明自家的技術(shù)將更具實用性。
在云計算領(lǐng)域，微軟快了一步
大概是2016年開始，IBM就已經(jīng)提供了訪問其量子硬件的網(wǎng)絡(luò)渠道，谷歌也宣布不久后將開啟類似服務(wù)。上述兩強在原型量子處理器方面的研究處于前沿地位，并與大眾汽車、摩根大通等簽訂了合作協(xié)議，共同開展量子計算在電動汽車電池開發(fā)和金融市場建模方面的研究。
在云計算領(lǐng)域，亞馬遜和微軟兩家占據(jù)主導(dǎo)地位。兩家公司去年總共占據(jù)了云市場的60%。其中，亞馬遜的份額遙遙領(lǐng)先于微軟（據(jù)Canalys 2018年的數(shù)據(jù)，31.7%vs 16.8%）。不過，近期微軟剛剛從美國國防部手里搶到了100億美元云計算大單，這令亞馬遜非常惱火。
而就在上個月的Ignite 2019上，微軟發(fā)布了Azure Quantum量子服務(wù)，其中包括量子解決方案，量子軟件和量子硬件。Azure Quantum是一個完整的開放式云生態(tài)系統(tǒng)，它將使量子計算組織獲益。
微軟推出量子計算云服務(wù)Azure Quantum
微軟正在與1QBit、霍尼韋爾、IonQ和QCI合作，提供各種量子解決方案、軟件和硬件。其實早在2017年，微軟首次發(fā)布了量子開發(fā)套件（Quantum Development Kit）的首個公開預(yù)覽版，還發(fā)布了Q＃編程語言、量子計算模擬器和其他資源。
在Build 2018上，微軟宣布開放其Q＃編譯器和量子開發(fā)工具包中的量子模擬器的源代碼的計劃。
今年年初，微軟宣布推出微軟量子網(wǎng)絡(luò)（Microsoft Quantum Network），這是一個由個人和組織共同致力于推動量子計算的全球社區(qū)。
微軟量子網(wǎng)絡(luò)成員將與微軟合作，以學(xué)習(xí)、研究和啟動量子計算應(yīng)用程序和硬件，并可以訪問量子開發(fā)套件，成員還享有訪問量子開發(fā)工具包、重要研究和專家、獨家訪問Azure服務(wù)以及參加量子編程和算法開發(fā)研討會的權(quán)利。
與谷歌的“量子霸權(quán)”不同，微軟花數(shù)年研究名為“拓撲量子位”（topological qubit）的技術(shù)，希望為量子計算機夯實基礎(chǔ)。微軟量子計算軟件部門總經(jīng)理克里斯塔·斯沃爾表示，在花了五年時間搞清楚拓撲量子比特所需的復(fù)雜硬件后，微軟近乎準(zhǔn)備好將它們投入使用。
結(jié)果，微軟在量子計算的搶跑，刺激了亞馬遜，后者立刻表態(tài)迎戰(zhàn)。正因為亞馬遜和微軟都沒有自己的量子硬件，反而確定了他們獨立第三方的靈活運行模式。不過，從長遠角度說，亞馬遜還是會推出自己的量子處理器。
谷歌與IBM神仙打架
說起谷歌，其憑在《Nature》“量子霸權(quán)”雄文，量子計算200秒=地球最強超算1萬年，震驚了世界。連總統(tǒng)女兒伊萬卡都在推特上點贊。對此，谷歌CEO桑達爾·皮查伊在接受《MIT科技評論》時激動地說，量子霸權(quán)就像飛機被發(fā)明，火箭上太空，足以載入史冊。
皮查伊回顧道：2006年，谷歌科學(xué)家Hartmut Neven開始研究用量子計算為機器學(xué)習(xí)加速，并催生了谷歌AI量子團隊。
CES上，IBM把整個量子計算系統(tǒng)集成到一個玻璃盒中，作為能獨立工作的綜合設(shè)備展出
2014年，美國物理學(xué)會院士約翰馬迪尼斯加入了谷歌，擔(dān)任谷歌量子硬件首席科學(xué)家，領(lǐng)導(dǎo)構(gòu)建量子計算機的工作。
2016年，量子計算理論首席科學(xué)家Sergio Boixo在Nature Communications上發(fā)表了相關(guān)論文，最終聚焦了量子霸權(quán)的計算任務(wù)上來。
量子計算理論首席科學(xué)家Sergio Boixo
2018年10月，因為加州大火，谷歌圣克拉拉實驗室被迫關(guān)閉，一眾被休假的科學(xué)家，反而在量子霸權(quán)上實現(xiàn)了思維躍遷。
另據(jù)《金融時報》報道，谷歌去年跟NASA立下flag：今年實現(xiàn)量子霸權(quán)，讓53位的量子計算機的算力秒殺傳統(tǒng)計算機。雙方合作用的量子芯片叫Bristlecone，有72個量子比特。Bristlecone必須把超導(dǎo)電路維持在絕對零度附近，所以沒法搬離谷歌的實驗室，NASA研究人員只能通過谷歌云API遠程連接芯片。
按照約定，雙方2019年初在NASA最強的超級計算機Pleiades上對運行仿真所需的軟件進行編碼，并在今年7月，比較量子電路仿真和谷歌量子計算機硬件的結(jié)果。
雖然，谷歌和NASA一直持樂觀態(tài)度，但業(yè)界并不看好。阿里巴巴數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施和搜索技術(shù)部門認為要實現(xiàn)量子霸權(quán)可能需要錯誤率更低的量子芯片。
南加州大學(xué)量子信息科學(xué)與技術(shù)中心主任丹尼爾里達在接受《MIT科技評論》時稱，量子霸權(quán)似乎還需要其他方式抑制錯誤。
雖然同行眾說紛紜，但是如果評論通過，就可以彈冠相慶。此前，NASA官網(wǎng)曾爆料草稿烏龍事件，但最后論文登上《Nature》，似乎宣告了量子計算的新時代。
于是冷眼旁觀的IBM坐不住了，直接發(fā)文怒懟谷歌“誤導(dǎo)大眾”。藍色巨人認為，谷歌的量子霸權(quán)說法是有缺陷的。因為其在并沒有充分利用超級計算機的全部能力的情況下進行競爭的。
IBM認為，谷歌調(diào)整了baseline，并涉及證明一組數(shù)字是否隨機分布。論文中所謂量子計算機的處理器Sycamore（梧桐）只需200秒就解決了超算需要1萬年的問題（相當(dāng)于18億倍）。
而實際上，安裝在橡樹嶺國家實驗室的最先進的200-petaflop IBM超級計算機可以在兩天半解決戰(zhàn)斗，雖然沒有谷歌快，但差距沒有一萬年那么久。所以，IBM認為谷歌的量子霸權(quán)純粹是在忽悠。
對此，谷歌表示不予置評。
必爭的賽道也是豪賭的未來
200秒與2.5天，相差1080倍。這成功引起了業(yè)界乃至公眾對于量子霸權(quán)的興趣。
但在媒體吹爆谷歌里程碑意義的同時，也必須看到，從去年特朗普簽署了《國家量子倡議法案》，在成立科技政策辦公室（OSTP）的同時，也宣布將在未來五年撥款12億美元支持量子計算的研發(fā)。
響應(yīng)國家號召，谷歌、IBM、微軟、亞馬遜等科技巨頭紛紛加入戰(zhàn)局。最近研究顯示，風(fēng)投已經(jīng)向探索量子計算的初創(chuàng)企業(yè)投資了超過4.5億美元。
當(dāng)量子計算成為美國的國家戰(zhàn)略，那么未來的全球競爭將會是業(yè)界新的主線。據(jù)《南華早報》報道，人類大腦已知的這個最微小的領(lǐng)域?qū)野踩?、商?wù)、醫(yī)學(xué)、武器以及與計算機和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的幾乎一切事物都有重大影響。
這是因為量子計算在速度和功率方面有望比現(xiàn)有最大超級計算機還要高出多個數(shù)量級。因此，美國、歐盟和中國都在激烈爭奪這個高科技“必殺技”。
可是，美國政府并不樂意把這一切交給隨心所欲的企業(yè)去做。至少，聯(lián)邦政府正在實施兩項計劃，精簡和協(xié)調(diào)量子計算及其他與量子相關(guān)的私人與公立研究項目。這些計劃旨在制定國家戰(zhàn)略，確保美國維護技術(shù)領(lǐng)域的霸主地位。
中國也在量子領(lǐng)域不斷尋求突破。按照中國的“十三五”規(guī)劃綱要的要求，量子計算機已被列入科技創(chuàng)新2030重大項目。其中，中國在國家級量子實驗室上投入了4億美元，近年來獲得的量子技術(shù)專利幾乎是美國的兩倍。
不得不說，量子計算正在成為兵家必爭之地。然而，比起傳統(tǒng)的圖靈機、馮諾伊曼架構(gòu)以及經(jīng)典計算，量子力學(xué)中的量子糾纏曾經(jīng)讓愛因斯坦發(fā)出“鬼魅般的超距作用”的慨嘆。
而當(dāng)加速旋轉(zhuǎn)的量子比特登堂入室，成為龐然大物——量子計算機，人類也見證了量子計算快到極致、加密破譯的瘋狂。
或許量子霸權(quán)的意義大于內(nèi)容，在解決容錯、糾錯等噪聲難題任重道遠，但是它讓業(yè)界進入了一片新天地。
澳大利亞悉尼新南威爾士大學(xué)的量子物理學(xué)家米歇爾西蒙斯說，“看起來谷歌給了我們首個量子加速在真實世界中是可行的實驗證明，”也許這會吸引更多的計算機科學(xué)家和工程師到量子計算領(lǐng)域來，從而使該領(lǐng)域獲益。
