編者注：本周一，微軟宣布推出量子計(jì)算云服務(wù)。本文詳述了該服務(wù)與谷歌和IBM目前正在開發(fā)服務(wù)的對比，與現(xiàn)存云服務(wù)的異同，該服務(wù)得以應(yīng)用的難度，以及科技行業(yè)量子夢想普遍存在的阻礙。
據(jù)外媒報(bào)道，微軟通過確保Windows在多種類型的硬件上運(yùn)行，終于實(shí)現(xiàn)了它的目標(biāo)。周一，微軟在其Ignite大會上宣布了一項(xiàng)名為Azure Quantum的云計(jì)算服務(wù)，使人們可以在不久的將來通過云計(jì)算平臺訪問目前最奇異的硬件：量子計(jì)算機(jī)。
多家科技巨頭正斥巨資進(jìn)軍量子計(jì)算領(lǐng)域，而微軟正是其中之一。通過利用神奇的量子力學(xué)過程處理數(shù)據(jù)，量子計(jì)算有望實(shí)現(xiàn)前所未有的計(jì)算能力。目前，微軟正準(zhǔn)備推出的這項(xiàng)Azure Quantum云計(jì)算功能，預(yù)計(jì)將為部分客戶提供3臺量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)的接入服務(wù)。這3臺原型機(jī)分別來自工程巨頭霍尼韋爾（Honeywell）和兩家初創(chuàng)公司——美國馬里蘭大學(xué)量子計(jì)算初創(chuàng)公司IonQ，以及耶魯大學(xué)量子計(jì)算初創(chuàng)公司QCI（Quantum Circuits， Inc）。
微軟方面并沒有表示這些量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以正式投入使用。現(xiàn)有的量子硬件功能尚且薄弱，但與競爭對手IBM和谷歌不謀而合的是，微軟高管表示，開發(fā)人員和企業(yè)應(yīng)該開始著手使用量子算法和硬件，以幫助業(yè)界更好地了解該技術(shù)的優(yōu)勢。
微軟旗下量子計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)Microsoft Quantum總經(jīng)理Krysta Svore指出：“我們清楚的知道無法拿出一個(gè)通用的解決方案；我們需要的是一個(gè)全球性社區(qū)。”
微軟的這項(xiàng)Azure Quantum新服務(wù)將與其先前發(fā)布的量子編程工具以及微軟云服務(wù)相整合。編碼器不僅可以在模擬的量子硬件上運(yùn)行量子代碼，也可以在霍尼韋爾、IonQ或QCI的真實(shí)量子硬件上運(yùn)行量子代碼。
周一，在美國佛羅里達(dá)州奧蘭多市舉辦的2019年度Ignite大會上，微軟正式宣布了這項(xiàng)新服務(wù)，并表示將于未來幾個(gè)月內(nèi)推出。該公司的合作伙伴也將在自己的設(shè)備中運(yùn)行微軟的量子計(jì)算機(jī)，但仍通過互聯(lián)網(wǎng)將量子計(jì)算機(jī)連接至微軟云服務(wù)。微軟也有一個(gè)自主開發(fā)已久的量子研究項(xiàng)目，但目前尚未制造出任何量子計(jì)算硬件。
微軟的Azure Quantum與IBM的一項(xiàng)服務(wù)有相似之處，后者從2016年開始提供免費(fèi)和付費(fèi)訪問原型量子計(jì)算機(jī)的服務(wù)。上周，谷歌宣布公司旗下的一個(gè)量子處理器在計(jì)算方面超越了一臺頂級超級計(jì)算機(jī)，達(dá)到了被稱為“量子霸權(quán)”的里程碑。谷歌還表示將于不久向部分公司提供遠(yuǎn)程訪問量子硬件的服務(wù)。
微軟Azure Quantum服務(wù)的不同之處在于能讓客戶訪問幾種不同的量子計(jì)算技術(shù)，這或許是未來量子計(jì)算市場的一個(gè)方向。
由于量子硬件操作難度大，普遍認(rèn)為大多數(shù)公司將通過云來獲取這項(xiàng)服務(wù)，而不是購買或自己制造量子計(jì)算機(jī)。到目前為止，IBM和谷歌的服務(wù)僅限客戶訪問他們所開發(fā)的硬件。
“微軟的模式更像現(xiàn)有的計(jì)算行業(yè)，云提供商允許客戶從英特爾和AMD等不同的公司選擇處理器。目前我們正處于量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展的階段，企業(yè)都想嘗試盡可能多的東西。”美國量子計(jì)算初創(chuàng)公司Strangeworks的首席執(zhí)行官William Hurley表示，該企業(yè)為程序員提供一種與IBM、谷歌和其他公司的量子計(jì)算工具進(jìn)行構(gòu)建和協(xié)作的服務(wù)。
微軟的硬件合作商分別代表了兩種領(lǐng)先但完全不同的量子計(jì)算機(jī)構(gòu)建方式。霍尼韋爾和IonQ使用電磁場內(nèi)的單個(gè)離子對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，而QCI使用超導(dǎo)金屬電路，后者的這種方法也受到IBM和谷歌的青睞。
微軟的量子云模型的開發(fā)或許還能幫助在量子硬件方面取得成就，但卻由于缺乏自己的云業(yè)務(wù)而難以吸引客戶的企業(yè)，例如霍尼韋爾和幾家財(cái)力雄厚的初創(chuàng)公司。微軟合作伙伴IonQ的首席執(zhí)行官Peter Chapman表示：“有了這一助力，我們能夠更加專注于自己最擅長的領(lǐng)域，制造出一流的量子計(jì)算機(jī)。”這家初創(chuàng)公司的早期客戶包括寄希望于量子計(jì)算機(jī)解決化學(xué)問題的陶氏化學(xué)公司（Dow Chemical）。
微軟的量子云缺乏公司自主研發(fā)的量子硬件。微軟的大型量子研究項(xiàng)目著眼于一種較為青澀的技術(shù)。微軟認(rèn)為從長遠(yuǎn)來看該技術(shù)更有益，但目前甚至尚未生產(chǎn)出可以進(jìn)行幼兒園算術(shù)水平運(yùn)算的芯片。
量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)建基于較為少見的設(shè)備——量子位（qubit）。與傳統(tǒng)硬件中的組件一樣，量子位依賴數(shù)據(jù)運(yùn)行。但是，由于量子位將1和0編碼為量子機(jī)械效應(yīng)，正如亞原子粒子的自旋，量子位可以翻轉(zhuǎn)為1和0疊加的第三狀態(tài)。與當(dāng)今人類世界中的任何事物均不同，該狀態(tài)允許數(shù)學(xué)以常規(guī)計(jì)算機(jī)無法簡化的方式進(jìn)行計(jì)算。
科技行業(yè)的量子夢想面臨的最主要挑戰(zhàn)是，量子位非常不穩(wěn)定。量子機(jī)械過程非常微妙，易受熱或電磁噪聲影響。IBM、谷歌和英特爾生產(chǎn)的最大芯片大約有50量子位。但目前尚不清楚這些設(shè)備是否能用少于一百萬以上的量子位達(dá)到更高的使用質(zhì)量。
對于微軟而言，這場博弈的關(guān)鍵是預(yù)計(jì)將比現(xiàn)有量子位更穩(wěn)定的拓?fù)淞孔游唬╰opological qubit）。該量子位的基礎(chǔ)是操縱一個(gè)長期理論存在但直到最近才被發(fā)現(xiàn)的亞原子現(xiàn)象，即馬約拉納零模（Majorana zero mode）。該模式以一位1938年神秘失蹤的意大利物理學(xué)家的名字命名。
盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵現(xiàn)象，微軟仍未開發(fā)出拓?fù)淞孔游唬m然微軟首席量子執(zhí)行官Todd Holmdahl曾表示該量子位將于去年年底面世。微軟量子硬件總經(jīng)理、加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的物理學(xué)教授Chetan Nayak則回應(yīng)稱，他的團(tuán)隊(duì)正在努力攻克難題，包括將數(shù)百萬個(gè)未來量子位放置于硅片上所需的材料科學(xué)技術(shù)。他表示：“取得的進(jìn)展令我們非常興奮。”
對于當(dāng)自主研發(fā)的量子處理器準(zhǔn)備就緒，微軟是否考慮其結(jié)束周一宣布的硬件合作伙伴關(guān)系的問題，Nayak給予了否定。但他表示微軟考慮采用一種與筆記本電腦類似的策略，微軟擁有自己的Surface品牌并支持競爭設(shè)備。他說：“我們期待多種形式的硬件能夠共存一段時(shí)間。”
盡管缺乏自主研究的量子計(jì)算硬件，微軟還是在周一發(fā)布了新的計(jì)算機(jī)芯片。但這款仍是傳統(tǒng)芯片，不同之處在于其針對超低溫環(huán)境運(yùn)行，從而在量子硬件時(shí)代到來時(shí)控制相應(yīng)的處理器。
此外，與谷歌和IBM當(dāng)前的量子硬件一樣，微軟未來的量子位將需要在特殊的冰箱內(nèi)冷卻至接近零的絕對溫度。創(chuàng)建一個(gè)能夠在緊挨著量子處理器的情況下保持運(yùn)行的計(jì)算機(jī)芯片，可以減少控制冰箱外部電子設(shè)備所需的大量線路。谷歌的量子芯片僅由外部電子設(shè)備控制，上周谷歌表示，布線是擴(kuò)大其技術(shù)規(guī)模的主要挑戰(zhàn)。