谷歌称其量子芯片年底前将实现「量子霸权」
2017-04-25 DeepTech深科技
近年来呼声颇高的量子计算总被认为是最有希望替代掉传统超级计算机的下一代计算工具，而其最核心的技术就是基于量子叠加特性的量子芯片。如今，包括 IBM、谷歌、微软以及一些像 D-Wave 之类的初创公司都已经进入了这个领域，竞争仿佛突然之间就变得异常激烈了。
就在上个月，IBM 正式宣布将在今年年内推出全球首个商业“通用”量子计算服务 IBM Q 之后，另一家科技巨头谷歌也有了新的消息，同样是将时间表定在了年底，谷歌要做的却是一次翻天覆地般的革命，他们要真正的利用自家的量子芯片打造出世界上第一台可以超越传统计算机的量子计算机。如果这个目标可以实现，那毫无疑问，谷歌将主导“量子霸权”时代。
近日，谷歌量子计算芯片团队的负责人 John Martinis 在美国电气和电子工程师协会（IEEE）TechIgnite 会议上表示，他的团队年底前将开发出实现“量子霸权”的设备。
所谓“量子霸权”（quantum supremacy）是加州理工学院物理学家 John Preskill 发明的名词。通俗的解读就是：超级计算机目前的计算能力相当于拥有 5 到 20 个量子位的量子计算机，但当量子芯片的量子位达到约 49 个以上时，量子计算机的能力将彻底的将超级计算机甩在身后。
图 | 加州理工学院物理学家John Preskill
截止目前为止，科学家们已经研制出了能完全编程的5个量子位的计算机，以及包括 10 到 20 个量子位的测试系统。但这次谷歌的研究团队要做的恰恰就是要制造出拥有49 个量子位的量子计算机，而时间就在年底前。可以想见，这是多么大的一次跨越。
虽然看起来时间紧迫，谷歌自己夸下的海口要在仅仅几个月之内完成似乎是天方夜谭，但谷歌量子计算芯片团队的负责人 John Martinis 却表现得信心十足。他认为，在这场势均力敌的拉锯战中谷歌已经拔得头筹，接下来要做的就是准备好收获果实了。
图 | 谷歌量子计算芯片团队负责人John Martinis
当然，Martinis 并非盲目自信，他的信心来自于其团队最近取得的成果。前不久，谷歌这支 25 人的研发团队成功开发出一种全新的量子芯片，此款芯片虽然只有 6 个量子位，甚至落后于谷歌之前研制的 9 量子位芯片，但这次的突破在于这些量子位被安置为一个 2X3 的结构中。Martinis 表示，这意味着在网状放置的结构中，依然可以保持量子位的可用性，这为今后实现更为复杂装置奠定了基础。
图 | Google的芯片已准备好进行测试
这种 6 量子比特的芯片同样也验证了凸点键合这一核心工艺的实现。传统工艺是将量子比特与控制线路集成在一起形成量子芯片，而凸点键合工艺则是将量子比特和控制线路分别制作于两个不同芯片上，然后将两个芯片对应的凸点键合在一起，形成量子计算芯片。这种工艺不仅大幅提高了量子计算芯片的可扩展性；同时，还可以减少芯片中的控制线路，降低线路对量子比特的干扰。因此，这项工艺两年前一经提出，就成为了谷歌团队主要关注和研究的对象。
“我们掌握了这项工艺，而现在我们准备加速向前推进。” Martinis表示，“而基于 30 至 50 个量子位的芯片已在设计之中。”
在TechIgnite会议的演讲中，Martinis也提到了这款 6 量子位的芯片。不过，直到目前，其团队也没有披露更多相关的技术细节。
麻省理工学院量子计算研究组的负责人 Simon Gustavsson 对谷歌的工作给予了肯定。“谷歌是这场竞赛中的佼佼者，它和 IBM 之间的竞争非常激烈。”
马里兰大学教授、量子计算创业公司IonQ的联合创始人Chris Monroe表示，“这将是量子计算研究领域的一座里程碑。虽然在这之后，人们还是要想办法解决量子芯片可扩展性和可编程性的问题。”
图 | Chris Monroe
Martinis也认同需要做的事情还有很多。但他认为，这个突破将会成为实用型量子计算机的坚实基础，而该目标也让谷歌的管理层（包括公司的联合创始人谢尔盖·布林）意识到了量子计算技术在逐步成真——“他们都意识到了并且对此非常兴奋”。
Martinis说，“我们正在试着从谷歌内部获得支持，而且这个实验让很多其他的技术人员愿意与我们进行交流。”
