阿里「太章」全球最強量子電路模擬器 開啟各界「逐鹿中原」

2021-01-10 DIGITIMES

作者 DIGITIMES韓丁

站在新一輪技術革命的起跑線上,面對大量、不斷變化的數據計算和處理時,造就如今移動互聯社會的經典計算機模型,雖不斷改進與優化,但仍顯得「力不從心」。被視為「國之重器」的量子計算,擁有著顛覆現有計算技術的霸權。

不同於經典計算機的比特(「0」態或「1」態),根據量子力學運行的量子計算機,其基石為量子比特(qubit),可以同時是「0」和「1」的疊加。業內人士認為,量子計算機如果擁有50個量子比特,將超越傳統超級計算機的計算能力。

5月8日,阿里巴巴達摩院量子實驗室施堯耘團隊宣布,近日成功研製出世界最強的量子電路模擬器「太章」,在全球率先成功模擬了81量子比特40層的作為基準的谷歌隨機量子電路,此前同樣層數的模擬器只能處理49量子比特。

阿里巴巴達摩院量子實驗室由美國密西根大學終身教授、世界著名量子科學家施堯耘牽頭組建。同時今年初,兩次理論計算機最高獎哥德爾獎得主、匈牙利裔美國計算機科學家馬裡奧·塞格德(Mario Szegedy)加盟。

「太章」一鳴驚人 達摩院的第一份答卷

量子計算是阿里巴巴「NASA計劃」的一部分,作為承載著該計劃的實體組織——「達摩院」,一直和中科院量子信息與量子科技創新研究院(簡稱「量子創新研究院」)有著緊密合作。2015年7月,阿里雲聯合量子創新研究院成立量子計算實驗室,共同開發量子計算機。2017年底,雙發繼續深度合作,發布量子計算雲平臺。

而本次的「太章」量子模擬器,則標誌著量子計算領域又一裡程碑。該模擬器首次使得驗證及測試50-200量子比特的量子算法、系統架構、應用演示成為可能,為真正的量子計算機開發準備了開發工具和開發環境。從實際物理角度看,能夠達到100個量子比特以上、搭建了上層的通用量子算法,就有望開啟真正意義上的量子時代。

「太章」的另一大亮點是通信開銷極小。據介紹,在64(8x8)比特40層的模擬中,「太章」只需2分鐘即可完成,且只動用阿里巴巴計算平臺在線集群14%的計算資源。

據了解,「太章」之名取自:《淮南子·墬形訓》:「禹乃使太章步自東極至於西極,二億三萬三千五百裡七十五步。」阿里巴巴稱,「太章」寓意用一種經典的方式來理解量子的運行,就跟太章徒步測量東極至西極的距離那樣。

施堯耘認為,2018年的量子計算舞臺將更加精彩。量子計算研究的是極限計算,實現的是極限物理,雲計算可能需要往量子計算發展。雖然量子計算探索的是極限計算和極限物理,但最終必然會實現。

量子競賽 百花齊放

面對數據計算與處理,身處數據的海洋之中,雖量子計算還處於十分早期的階段,但各國政府與網際網路巨頭們群雄逐鹿的不只是現在,更是未來。谷歌、微軟、IBM等國外巨頭們也都在進入2018年後,上演了你追我趕的博弈,先後公布了其最新進展。

繼推出首個商用的通用量子計算系統「IBM Q」之後,IBM於2月份對外展示了其50個量子比特原型機的曝光內部結構圖;3月,谷歌公布72量子比特處理器Bristlecone,展現其「量子霸權」的野心;3月底,微軟發現天使粒子——馬約拉納費米子(Majoranafermion)存在的證據,並通過操控馬約拉納費米子作為量子比特來實現量子計算機。

據IDC一項預測顯示,量子計算將在2020年時進入高速增長的黃金期,未來10年市場將增長40倍,到2027年這一市場規模有望達到107億美元。

中國量子領域厚積薄發」 但仍需穩紮穩打

量子計算在中國起步也較早。早在2016年底,國務院印發「十三五」信息化規劃中強調,加強量子計算與量子通信等新技術的研發和前沿布局。

而近兩年,中國發射了世界首顆量子通信科學實驗衛星「墨子號」,首次實現千公裡量子糾纏,成功研發全球首臺光量子計算機。據英國政府發布的《量子時代的技術機遇》報告統計,中國量子科研論文發表量排名全球第一、專利應用排名第二。在「第二次量子革命」的起步階段,中國異軍突起,躍入國際「第一陣營」。

BAT陣營除阿里巴巴外,另外兩家巨頭也不甘示弱。2017年第四季度,作為施堯耘同門師弟的張勝譽加入騰訊,搭建公司級量子實驗室;緊隨其後的百度,於3月份宣布成立量子計算研究所,全力推動「百度量子、量子百度」的研究規劃。

量子模擬現在仍然是量子計算最主要的研究測試方法。施堯耘曾表示,量子計算雖已取得一些成績,但這是一個需要學者和工業界堅持長期探索的路途。

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