2月3日 據(jù)報(bào)道，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)計(jì)劃與微軟合作，研究如何實(shí)現(xiàn)實(shí)用規(guī)模（utility-scale）的量子計(jì)算，致力尋求在量子技術(shù)方面占據(jù)全球領(lǐng)導(dǎo)地位。微軟是被該部門選為探索非主流量子計(jì)算解決方案的三家公司之一。分析師表示合作開發(fā)大規(guī)模量子計(jì)算項(xiàng)目將是實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)長期潛力的關(guān)鍵。

開發(fā)量子計(jì)算的幾種技術(shù)路線

開發(fā)量子計(jì)算有很多種方法，目前還不清楚哪一種方法在未來幾十年中占據(jù)主導(dǎo)地位。這場競賽是為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的、可擴(kuò)展的容錯(cuò)處理，以完成傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)不可能完成或不可行的計(jì)算任務(wù)。DARPA正在投資開發(fā)目前尚未實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算想法，這些想法可能在未來達(dá)到實(shí)用規(guī)模。

盡管在金融和制藥領(lǐng)域有一些早期的應(yīng)用案例，但量子計(jì)算技術(shù)仍處于早期的研究和開發(fā)階段。盡管有兩項(xiàng)技術(shù)（即俘獲離子和超導(dǎo)量子比特）最常被使用，目前并沒有哪一項(xiàng)技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位。

在俘獲離子量子處理器中，帶電粒子懸浮在自由空間中，量子比特存儲(chǔ)在每個(gè)離子的穩(wěn)定電子狀態(tài)中。這在包括Oxford Ionics、IonQ和Quantinuum在內(nèi)的初創(chuàng)公司中很受歡迎，部分原因是它的量子比特的壽命較長，而且也是量子計(jì)算更成熟的方法之一。

另一項(xiàng)主要技術(shù)是超導(dǎo)量子計(jì)算，該領(lǐng)域的一些大公司（例如IBM、谷歌、D-Wave、IQM等）都在采用這種技術(shù)，甚至微軟也在使用。在這種方法下，超導(dǎo)電路被用來進(jìn)行量子運(yùn)算。這是最成熟的量子計(jì)算形式之一，可以提供比其他類型更多的量子比特，并且需要更少的能量。

除了這兩種技術(shù)之外，還有其他一些公司正在開發(fā)其他方法，其中包括光子學(xué)、核磁共振、量子退火和拓?fù)淞孔佑?jì)算。

DARPA攜手微軟聚焦實(shí)用規(guī)模量子計(jì)算

拓?fù)淞孔佑?jì)算是微軟的一個(gè)新的重點(diǎn)，也是該公司將其作為DARPA達(dá)成合作伙伴關(guān)系的一部分進(jìn)行探索的領(lǐng)域。 

另外Atom和PsiQuantum兩家公司也將與DARPA合作，旨在探索量子技術(shù)如何擴(kuò)展到計(jì)算價(jià)值超過成本的程度，并比傳統(tǒng)預(yù)測的速度快得多。

其中，Atom正在基于大型光學(xué)捕獲原子陣列構(gòu)建高度可擴(kuò)展的量子計(jì)算機(jī)，而PsiQuantum正在使用基于硅光子學(xué)來建造基于光子量子比特晶格結(jié)構(gòu)的糾錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)。

微軟Azure的量子團(tuán)隊(duì)正在構(gòu)建一個(gè)基于拓?fù)淞孔颖忍氐墓I(yè)規(guī)模量子計(jì)算機(jī)。該公司表示，從理論上來說，這應(yīng)該能夠使他們制造出一個(gè)足夠小的量子計(jì)算機(jī)，可以放在一個(gè)柜子里，計(jì)算速度足夠快，可以在采用超過100萬個(gè)量子比特解決以前無法解決的問題。

微軟工程師在一篇博客文章中寫道:“我們對(duì)這一設(shè)計(jì)充滿信心，因?yàn)槲覀冊谖锢韺W(xué)上取得了重大突破，為世界上第一個(gè)拓?fù)淞孔颖忍氐墓こ淘O(shè)計(jì)掃清了一個(gè)主要障礙，最終構(gòu)建了一個(gè)規(guī)模化的量子機(jī)器。”

微軟沒有像其他量子計(jì)算公司那樣，一次只進(jìn)行少量量子比特的小規(guī)模迭代更新，而是專注于開發(fā)更大規(guī)模的量子計(jì)算技術(shù)，其方法基于至少需要100萬個(gè)量子比特來執(zhí)行任何有用的計(jì)算。 

這也是促使DARPA與該公司合作的原因。作為其未探索的實(shí)用規(guī)模量子計(jì)算系統(tǒng)（US2QC）計(jì)劃的一部分，DARPA希望減少?zèng)]有進(jìn)行探索的量子方法帶來戰(zhàn)略意外的危險(xiǎn)。

DARPA國防科學(xué)辦公室US2QC項(xiàng)目經(jīng)理Joe Altepeter在一份新聞稿中解釋說：“我們在去年發(fā)出了一個(gè)呼吁，如果有人認(rèn)為他們在不久的將來（10年以內(nèi)）有一個(gè)真正革命性的方法來建造真正可用的量子計(jì)算機(jī)，我們希望聽到他們的建議，并積極與他們合作，資助更多的技術(shù)專家加入開發(fā)團(tuán)隊(duì)，并為他們提出的解決方案提供嚴(yán)格的政府核查和驗(yàn)證。” 

DARPA希望占據(jù)美國在量子計(jì)算領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)地位 

DARPA的最終目標(biāo)是推動(dòng)美國在一個(gè)具有重要戰(zhàn)略意義的技術(shù)領(lǐng)域的商業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位，并確保國家安全，避免在其他國家在美國尚未廣泛探索的領(lǐng)域領(lǐng)先時(shí)出現(xiàn)任何重大意外。 

這三家公司將各自提出自己的設(shè)計(jì)概念，描述他們對(duì)實(shí)用規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的計(jì)劃，該計(jì)劃將對(duì)所有系統(tǒng)和子系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，一旦構(gòu)建和測試完成，DARPA的測試和驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)將對(duì)該概念進(jìn)行更詳細(xì)的評(píng)估，并將進(jìn)入下一階段，該階段可能會(huì)看到這些機(jī)器在現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)現(xiàn)。

風(fēng)險(xiǎn)投資商OpenOcean合伙人Ekaterina Almasque是量子計(jì)算初創(chuàng)廠商IQM公司的早期投資者。她表示，量子計(jì)算是一項(xiàng)長期投資，其發(fā)展在很大程度上依賴于政府部門和大型科技公司的研究預(yù)算，包括那些播種早期種子和培育生態(tài)系統(tǒng)的具有遠(yuǎn)見的組織。 

她指出：“DARPA在突破性研究方面有著悠久的歷史，他們認(rèn)為規(guī)模是量子計(jì)算的關(guān)鍵因素，這一點(diǎn)很有說服力。我們現(xiàn)在還沒有進(jìn)入量子時(shí)代，但也沒有像一些觀察人士所說的那樣處于災(zāi)難性的‘量子冬天’。”

“我們所處的時(shí)代是一個(gè)令人興奮的創(chuàng)新時(shí)代，任何事情都有可能發(fā)生。在這個(gè)時(shí)代，小型初創(chuàng)企業(yè)有機(jī)會(huì)取得突破，擴(kuò)大規(guī)模，并與微軟等科技巨頭進(jìn)行競爭。”她表示，“雖然距離量子霸權(quán)(量子計(jì)算機(jī)超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的時(shí)刻)還有一段時(shí)間，我們可能短期內(nèi)看不到功能完備的量子計(jì)算機(jī)，但預(yù)計(jì)未來十年將取得很大進(jìn)展。”