初創公司豪賭2億美元押注光量子,欲在5年內突破量子計算

2020年04月24日 14:37 來源:棧外 作者:Paul Goodson

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? 2016年創立的量子計算初創公司PsiQuantum總計融資2.15億美元,投資方包括Skype之父創辦的Atomico基金和Microsoft的M12基金。? 

PsiQuantum創始人奧布萊恩說他會用100萬個量子比特實現容錯量子計算,預計將在五年內完成。目前已有大量的研究表明,光子的潛力巨大。也有其他團隊在尋找擴展量子比特數量的辦法,不過沒有誰把目標定在了100萬。

? 光量子比特的顯著優點是量子態持續時間極長,但光子總是在運動。操控移動速度為每秒3億米的光子仿佛像科幻電影,而一旦數量上升到100萬,同時讀取和操控這么多熾熱的光子又會是一個新挑戰。


 

原文來自Forbes,作者Paul Smith-Goodson
聲名不顯的量子計算初創公司PsiQuantum在今年早些時候結束的C輪融資中籌集1.5億美元,由Atomico領投,Founders Fund、Blackrock 、Ballie Gifford和Microsoft的M12基金跟投。至此,公司總計融資2.15億美元。
PsiQuantum于2016年由英國教授杰里米·奧布萊恩和其他三位學者特里·魯道夫、馬克·湯普森和皮特·沙博爾特共同創立。短短幾年,公司已經從幾名員工發展到了上百人。
與其他兢兢業業的量子計算研究者相比,PsiQuantum的發展愿景聽起來像科幻電影。奧布萊恩說他會用100萬個量子比特實現容錯量子計算,而且能在五年內完成。他的選擇是光量子。理論上,光子同時具有波動性和粒子性。目前使用的量子計算技術主要是超導體和離子阱。然而,有大量的研究表明,光子的潛力巨大。
 

量子比特簡介

傳統計算機使用磁位表示1和0,而量子計算機使用各種其他技術制造量子比特。
從長遠看,當今最大最好的量子計算機還不到100個量子比特,這個數字甚至超出了當今量子科學的極限。Google此前成功在幾秒內完成了極其復雜的計算任務,從而實現量子霸權,這項任務如果用傳統計算機需要數千年。你看,打破歷史也只需要54個量子比特。
麻省理工學院林肯實驗室的科學家羅伯特·尼芬格說:“100萬的目標實際上強調了大規模集成是目前技術發展的唯一方向。有了CMOS集成電路,數以千計的光學元件安裝在一塊芯片上成為可能。然而,這種技術的理論最大值也就在數千個量子比特。”
 

超導量子比特

超導量子比特是量子計算中最常用的技術,也是Google、Intel、IBM和RigeTi進行量子計算的基礎。芯片上的小線圈實則借鑒了傳統計算機。
當線圈被冷卻到接近絕對零度時,量子效應出現,線圈成為超導體。電流沿順時針或逆時針方向自由流動,表示1或0,以及1和0之間所有可能的集合。
現有的芯片技術足以制造超導量子比特,但存在一些缺點:
1. 量子狀態持續時間很短,大大限制了計算量。2. 只能連接相鄰的量子比特。距離較遠的量子需要多次連接,額外的連接會拖慢計算速度,進一步限制了處理問題的復雜性。
 

離子阱

離子阱是最古老的技術,可以追溯到上世紀90年代。比如每2,000萬年才誤差1秒的原子鐘使用的正是離子阱技術。
 

圖注:14個糾纏態的離子。
與超導量子比特相比,離子的量子態時間更長,計算的復雜程度也更高。Honeywell(霍尼韋爾)3月份宣布其將于2020年年中推出量子體積數高達64的離子阱量子計算機,屆時有可能成為世上最強大的量子計算機。
 

光量子比特

PsiQuantum的原材料則是光子。光子可以垂直極化表示1,也可以水平極化表示0,甚至可以對角極化表示1和0的疊加。PsiQuantum的秘密武器是奧布萊恩在2009年的研究成果,據稱其加上其他量子技術可以傳輸以光子編碼的量子信息。
 

圖注:萊曼-阿爾法星云。 
光量子比特的顯著優點是量子態持續時間極長。來自遙遠恒星和星系的光子在被看見之前已經存在了數千年甚至數十億年。萊曼-阿爾法星云的光子在跋涉了115億光年到達地球時,依然保持著原始的極化狀態。
也有其他研究小組在試圖找出如何為光子計算機擴展量子比特數量,不過沒有誰把目標定在了100萬個量子比特。
 

圖注:6微米的碳絲和50微米的頭發絲。
光量子比特非常小,波長約為百萬分之一米。從某些方面來說,小是優勢,但它的尺寸也創造了障礙,PsiQuantum必須克服這些障礙才能集成100萬個量子比特。而且光子以光速傳播,這使得它們很難控制。
想象一下,操控移動速度為每秒3億米的光子有多難。與固定的超導量子比特和靜止的離子不同,光子總是在運動。一旦數量上升到100萬,同時讀取和操控這么多熾熱的光子又是一個新挑戰。
 

觀察和結論

1. PsiQuantum聲稱將在五年內完成的任務,許多量子專家預測至少需要7-10年。
2. 光子能夠解決遠超傳統算力的復雜問題。尼芬格認為:PsiQuantum有希望成為量子領域的霸主。如果他們做一些小規模的演示,更多人也會開始相信這一點。
3. Microsoft作為戰略投資者,將為PsiQuantum提供構建光量子計算機所需的許多重要資源。
4. 量子糾錯是所有研究量子技術學者共同的課題。PsiQuantum非常重視糾錯能力,這意味著100萬比特目標中的很大一部分將用于監測和糾正錯誤,估計每個計算量子比特需要配備數千個糾錯量子比特。
5. 即使只有一千個糾錯量子比特,PsiQuantum也將創造出一臺容錯量子計算機,這可能會改變世界:可以實驗新藥物、設計新材料、建立DNA模型,并取得其他數千項重大的科學、醫學和商業突破。
6. 請記住,當Microsoft開始研究拓撲量子計算機時,它的雄心壯志不亞于今天的PsiQuantum。可惜十年后我們還是沒有看到任何成果。
PsiQuantum的結局要么是徹底顛覆量子計算,要么就是曇花一現,卷走了投資人的時間和金錢。
 


 

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