解讀科學(xué)，洞察本質(zhì)
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目前參與量子計(jì)算領(lǐng)域研究的主要是物理學(xué)家。許多量子化學(xué)家都對這方面的研究感興趣，不過大都“不明覺厲”，還不清楚量子信息的原理。谷歌現(xiàn)在推出的這個開源軟件的作用，就是幫助更多科研人員來體驗(yàn)、使用這種量子仿真的方法。
谷歌在推動量子計(jì)算機(jī)方面又有新動作。近日，谷歌公布了一款開源軟件，能夠旨讓科學(xué)家和研究人員更方便地使用量子計(jì)算機(jī)的軟件支持他們的研究。不過傳統(tǒng)化學(xué)界對此似乎并不感冒。
這款名為Open Fermion的開源軟件包含有一個算法庫，能在量子計(jì)算機(jī)上模擬電子的相互作用。電子的相互作用在化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域都非常重要?；瘜W(xué)家和材料學(xué)家可以利用這個軟件，改編算法和方程，使之在量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。之前，他們只能在具有強(qiáng)大計(jì)算能力的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，或者與專業(yè)的量子計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)者合作，編寫大量軟件代碼，才能在量子計(jì)算機(jī)上模擬電子間的相互作用。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室副研究員，科技與戰(zhàn)略風(fēng)云學(xué)會會長袁嵐峰對第一財(cái)經(jīng)記者解釋稱，由于“電子之間的相互作用”，隨著體系規(guī)模的增長，計(jì)算量增長得很快，因此需要更高性能的計(jì)算機(jī)處理。
目前參與量子計(jì)算領(lǐng)域研究的主要是物理學(xué)家。許多量子化學(xué)家都對這方面的研究感興趣，不過大都“不明覺厲”，還不清楚量子信息的原理。谷歌現(xiàn)在推出的這個開源軟件的作用，就是幫助更多科研人員來體驗(yàn)、使用這種量子仿真的方法。
袁嵐峰說：“這類軟件降低了知識門檻，以前科學(xué)家需要對整個實(shí)驗(yàn)裝置都很了解，現(xiàn)在可以只關(guān)注軟件。這就好比計(jì)算機(jī)剛出來的時(shí)候，能用計(jì)算機(jī)的人需要對計(jì)算機(jī)的硬件軟件都非常了解，后來發(fā)明了編程語言，大多數(shù)人就不需要管計(jì)算機(jī)的硬件了?！?/span>
不過對于量子計(jì)算機(jī)對基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的幫助有多大，研究人員仍然持謹(jǐn)慎態(tài)度。西班牙加泰羅尼亞化學(xué)研究院（ICIQ）研究員JR Galan-Mascaros對第一財(cái)經(jīng)記者表示：“雖然量子計(jì)算機(jī)的性能強(qiáng)大，能夠幫助科學(xué)家解決過去不能解決的問題，或者增加新發(fā)現(xiàn)的可能性。不過量子計(jì)算機(jī)成本太高，大規(guī)模商業(yè)化很難達(dá)到?！?/span>
不過對于量子計(jì)算機(jī)對基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的幫助有多大，傳統(tǒng)化學(xué)家和材料科學(xué)家仍然持謹(jǐn)慎態(tài)度。西班牙加泰羅尼亞化學(xué)研究院（ICIQ）研究員Jose Ramon Galan-Mascaros對第一財(cái)經(jīng)記者表示：“量子計(jì)算機(jī)在進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算處理方面的能力確實(shí)很強(qiáng)，但是量子芯片的技術(shù)非常復(fù)雜，只有當(dāng)做成超級計(jì)算機(jī)的時(shí)候才會有用，這是巨大的成本，所以要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化很難?！?/span>
盡管量子化學(xué)已經(jīng)興起一段時(shí)間，被認(rèn)為能夠解決過去無法解決的問題。不過據(jù)第一財(cái)經(jīng)記者了解，目前從事量子計(jì)算的大多數(shù)仍為物理領(lǐng)域的科研人員。“雖然量子是個好東西，但量子計(jì)算還在初始階段，目前來看對我的幫助并不大。”華東理工大學(xué)化學(xué)系副教授張雋佶對第一財(cái)經(jīng)記者表示。
目前谷歌、IBM、英特爾、微軟和D-Wave等公司都在大力推動量子計(jì)算機(jī)的開發(fā)，希望盡早投入運(yùn)行商業(yè)應(yīng)用。谷歌此次發(fā)布的開源量子軟件Open Fermion，就是與一家小型的競爭對手——量子計(jì)算機(jī)創(chuàng)業(yè)公司Rigetti Computing合作開發(fā)了新軟件。
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院、美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室、密歇根大學(xué)、哈佛大學(xué)、牛津大學(xué)、達(dá)特茅斯學(xué)院和美國國家航空航天局也在在軟件開發(fā)過程中對谷歌提供了幫助。
此外，谷歌、IBM和D-Wave還允許企業(yè)通過它們的云服務(wù)，免費(fèi)試用處理能力還不夠強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。谷歌曾表示，計(jì)劃今年年底前實(shí)現(xiàn)50個比特的量子計(jì)算能力，這將成為計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的一個里程碑事件。
盡管量子計(jì)算機(jī)云處理能力要比傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)高出幾個數(shù)量級。理論上能讓人們完成過去不可能完成的任務(wù)，比如模擬化學(xué)催化劑；建立極為復(fù)雜的系統(tǒng)，比如例如氣候變化模型；或者破解幾乎所有公鑰加密密碼等。但迄今為止，這些公司開發(fā)的量子計(jì)算機(jī)處理能力仍然不夠強(qiáng)大或精確，在運(yùn)行大多數(shù)任務(wù)時(shí)，性能與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比并無優(yōu)勢。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的晶體管處理器是用二進(jìn)制表示信息的，二進(jìn)制信息的值是0或者1。量子計(jì)算機(jī)則利用量子比特表示信息，一個量子比特的值可以同時(shí)為0和1。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中，每個比特的值相互是獨(dú)立的，量子比特的值則相互影響。從理論上說，正是這一特性使得量子計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的處理能力。
背景簡介：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室副研究員、科技與戰(zhàn)略風(fēng)云學(xué)會會長袁嵐峰博士于2017年10月就谷歌發(fā)布量子開源軟件接受了第一財(cái)經(jīng)記者錢童心的采訪，本文于2017年10月24日發(fā)表于《第一財(cái)經(jīng)日報(bào)》
