科技巨头预计本十年内将出现可用的量子计算机

据IBM、Google、亚马逊、微软等公司分享的细节显示，美国科技公司正竞相将量子计算机系统从实验室原型扩展到工业机器。

芯片设计和纠错方面的突破缩小了技术差距，使一些公司认为十年目标触手可及，而另一些人则警告道路将漫长得多。

IBM在6月的公告中概述了一个全规模设计，填补了早期计划中缺失的工程细节。领导该公司量子项目的Jay Gambetta表示，他们现在有一条“清晰的路径”，可以在2030年之前制造出在材料模拟和AI建模等任务中超越经典计算机的机器。

由Julian Kelly领导的Google量子研究团队去年消除了其最大的技术障碍之一，并表示也将在本十年结束前交付，Kelly称所有剩余问题都是“可克服的”。

公司推动解决扩展挑战

亚马逊量子硬件负责人Oskar Painter警告称，即使取得了重大的物理学里程碑，工业阶段可能需要15-30年。从少于200个量子比特（基本量子单元）到超过一百万个量子比特的飞跃对于有意义的性能是必需的。

量子比特的不稳定性阻碍了扩展，这限制了其有用状态仅为几分之一秒。IBM的Condor芯片拥有433个量子比特，显示出组件之间的干扰，Rigetti Computing首席执行官Subodh Kulkarni将其描述为“一个讨厌的物理问题”。IBM表示他们预料到了这个问题，现在正在使用不同的耦合器来减少干扰。

早期系统依赖单独调谐的量子比特来提高性能，但这在大规模下不可行。公司现在正在开发更可靠的组件和更便宜的生产方法。

Google有一个降低成本的目标，即将零部件价格降低十倍，以10亿美元的价格构建全规模系统。纠错，即在量子比特之间复制数据，以便丢失一个量子比特不会损坏结果，被视为扩展的必要条件。

Google是唯一一个展示纠错随着系统增长而改善的芯片的公司。Kelly表示，跳过这一步将导致“一台非常昂贵且输出噪声的机器”。

竞争设计和政府支持

IBM押注于一种称为低密度奇偶校验码的不同纠错方法，据称它比Google的表面代码方法需要少90%的量子比特。表面代码将网格中的每个量子比特连接到其邻居，但需要超过一百万个量子比特才能进行有用工作。

IBM的方法需要量子比特之间的长距离连接，这在工程上很困难。IBM表示他们现在已经实现了这一点，但Gartner的分析师Mark Horvath表示，该设计仍然只存在于理论中，必须在制造中得到证明。

其他技术障碍仍然存在：简化布线、将多个芯片连接成模块，以及构建更大的低温冰箱以保持系统接近绝对零度。

IBM和Google使用的超导量子比特取得了显著进展，但难以控制。替代方案如捕获离子、中性原子和光子更稳定，但速度更慢，更难连接成大型系统。

英国Universal Quantum的首席执行官Sebastian Weidt表示，政府资助决定可能会将竞争者缩小到少数几家。五角大楼的研究机构Darpa已启动审查，以确定通往实用系统的最快路径。

亚马逊和微软正在试验新的量子比特设计，包括奇异物质状态，而老牌玩家则不断改进旧技术。“正因为困难，并不意味着不能做到，”Horvath 表示，总结了行业达到百万量子比特目标的决心。