由DT與麻省理工學院聯合舉辦的全球新興技術大會中國即將開幕。 本文涉及的內容將與本論壇密切相關，敬請關注。
量子計算機已經發展了 20 多年，至今仍被視為一種神秘的信息處理方式。 不過，當D-Wave推出商用產品時，包括IBM、英特爾、微軟在內的各大公司也在多年前就開始了相關研究。 起初甚至有消息稱芯片代鞋廠海力士有意以3納米制程入駐日本，這也是研究量子計算機的誘因。 父親安迪·魯賓今年公開表示，他正在著手打造新的量子計算機，以加速大數據分析和人工智能技術的變革。 隨著眾多重量級企業和個人的投入，量子計算機被視為下一代的關鍵技術。
其中，領先科技聘請了在量子計算機領域享有資深人士之稱的加州大學圣巴巴拉中學（）院長約翰。 DT君深入量子人工智能實驗室（AILab），通過采訪約翰大師，揭開了實驗室的神秘面紗。
日本圣巴巴拉小鎮因靠近海岸、氣候宜人，長期以來以休閑度假著稱。 這里有一間看起來很普通的辦公室，只有玻璃門上貼著一張小紙片，上面有一個標志。 走進去才知道，量子人工智能實驗室就設在這里。
圖丨AILab隱藏在圣巴巴拉普通辦公室外。 （圖片來源：DT君）
對量子計算機的投入可謂利好。 2009 年底，研究團隊在 NIPS 會議上展示了使用 D-Wave 處理器訓練圖像分類器，讓計算機檢測器通過查看 20,000 張照片來學習區分汽車。 2013年與NASA、USRA合作共建AILab。 次年，宣布加州大學圣巴巴拉中學（）院長約翰及其研究團隊加入實驗室，領導量子計算機的硬件和芯片設計。
圖丨加州大學圣巴巴拉學院院長約翰負責帶領實驗室設計量子計算機的硬件和芯片。 （圖片來源：DT君）
實驗室三大研究主題
到底什么是量子計算機？ 雖然從事科技行業的人，但大多只是聞其名而不知其所以然。 對于普通人來說，它更像是一個會出現在懸疑系列中的名詞。
簡單的說，在現在的計算機世界（可以稱之為傳統計算機）中，比特是所有數字信息的最小單位，每一比特只有兩種可能的取值，要么是0，要么是1，所以人們常說：計算機是一個 0 和 1 的世界。 在實際操作中，各種邏輯運算都是根據電壓是否流過邏輯門來完成的。 因此，0和1可以理解為開（On）或關（OFF）兩種狀態。 計算機就是通過一系列的0和1來執行運算、存儲等任務。
相比之下，量子計算機的基本單位是量子位（qubit）。 與傳統比特最大的區別在于，一個量子比特可以同時擁有0、1及其線性疊加態（）。 研究人員認為，如果能夠研制出量子比特更多的量子計算機，執行任務的速度將得到極大提升，遠超當今的計算機。
同樣在研發量子計算機技術的IBM強調，未來10年可以建造50-100臺量子計算機。 雖然它是當今最強大的超級計算機，但還不如 50 量子計算機。
圖1與傳統比特的區別在于，量子比特可以同時具有0、1及其線性疊加態。 （圖片來源：CB）
我之所以對量子計算機深感興趣，主要有兩個層面的需求：
第一，我們在全球有很多數據中心，希望通過高性能的計算處理器或者估算方法，為用戶提供更快的網絡服務；
其次，它希望通過部署各種具有前瞻性和突破性的技術來保持其在業務或技術上的領先優勢。
“我們實驗室主要研究三個領域，第一個是研究通用量子計算機（），第二個是連續介質模擬器（），最后是量子固溶體（），這有點類似于D-Wave在做”約翰透露道。
目前，量子人工智能實驗室團隊約有20人。 其中，理論研究和硬件設計團隊約占一半，從研究到電子設計、軟件開發，再到半徑一分米左右的芯片整形，都是這群人完成的。
推開實驗室的大門，映入眼簾的是測試區、無塵室、專門建造的冷卻系統，以及22臺插著多條線路運行的量子計算機。
約翰說：我們現在有四個冷凍機（指冷卻系統），很快就會減少到七個，用來把我們設計的設備冷卻到特別高的溫度狀態。 這個冷卻系統是業界根據我們需要的尺寸設計的。 看起來挺復雜的，但基本原理和家用冰柜是一樣的，只不過是用氫氣制冷（）。
量子計算機芯片的制造可以分為兩部分，一是在實驗室制作量子比特芯片，二是利用現有的商業芯片代工廠。 整體工藝采用光刻（）工藝，超導電路（）代替制作單個晶體，最后借助特殊材料，即10微米左右的銦（），以及引線鍵合（）工藝。 將芯片上下兩部分合二為一。
圖丨約翰旁邊的門打開是實驗室。 （圖片來源：DT君）
John強調，即使現有的大部分半導體工具都可以用來構建芯片，但最困難的部分是：首先，芯片的電子設計不僅要能運行而且穩定，其次，專用算法必須設計。 問題湊到一起，難度加大，量子計算機無法突破。
但經過學術界20多年的努力，逐漸取得了一些進展。 約翰自信地說：“我們希望做出一些可用的東西，目標是在去年年底實現量子霸權（）。”
再用四分之一實現量子霸權
量子至上是指當量子比特數超過49或50個左右時，量子計算機的計算能力將大幅超越傳統計算機甚至超級計算機。 約翰將挑戰在去年??年底前塑造一臺 49 或 50 量子計算機。
事實上，達到 49 個量子比特并非一蹴而就。 該團隊最初設計了一臺 9 量子位計算機。 在過去的幾年里，他們一直致力于電子、軟件和基礎設施方面的工作。 現在他們在 22 上花費了很多時間。
他覺得從 9 歲到 49 歲似乎是倒退了一大步。 目前22的結果還算不錯，但是49比較復雜，需要更多的測試和詳細的處理，不過他還是很有信心的，月底能對外公布。 證明量子霸權的能力。 但他也指出，關鍵點不在于量子位的數量，而是必須設計一個能夠很好協同工作的系統，并且每個環節都必須同時運行。
圖丨量子人工智能實驗室辦公環境。 （圖片來源：DT君）
應用于量子物理學和機器學習的量子計算機
然而，盡管擁有 49 個量子比特，這臺量子計算機距離廣泛應用還有很長的路要走。 主要原因是量子計算機不像現有計算機那樣是通用計算機。 現在你的電腦基本上可以運行各種程序，處理各種問題，但“并不是所有的傳統問題都能在量子計算機上運行，??而且不一定有更好的療效。量子計算機只適用于個別特殊問題，而處理任務的范圍會比較小。” 約翰說。
許多人認為量子計算機適合計算大量數據，例如氣候變化、新抗生素或療法的開發等。對此物理實驗模擬器下載免費，約翰強調現階段各行各業對量子計算機的投資就是先證明量子霸權，下一步就是想辦法想出有用的算法。 他非常刻薄地說：“因為要找到這樣的算法極其困難。另外，我不知道量子計算機是否適合氣候，但我們正在考慮的應用是量子物理（）。”
量子物理學是應用量子力學的規律和方法研究物理問題的學科。 最早提出量子計算機的化學家理查德·費曼就曾經提出過這樣的想法：如果你建造了一臺量子計算機，那么量子物理自然會映射到量子計算機上。 事實上，目前科學家們可以使用超級計算機來觀察分子的化學特性（），但量子計算機可以比傳統計算機更高效地解決問題，這也是為什么約翰自然而然地覺得這應該是量子計算機應該做的第一件事事物。
不僅僅是量子物理學，他們正在思考的另一件事是使用量子計算機進行機器學習。
“這就是為什么這個實驗室被稱為量子人工智能實驗室。” 機器學習在單個計算機模型上工作，而量子計算機的思想是讓你找到更適合或更好工作的方法。 我相信機器學習會帶來重要的技術變革，其影響程度會像過去的個人筆記本、互聯網、智能手機一樣改變人類的生活，
約翰透露，雖然目前的發展狀態不如量子物理學，但也有一些很好的想法可以將機器學習與量子計算機結合起來。 內部已經有相關計劃構建量子神經元（），他們發現量子物理領域有一種算法與量子機器學習，或者說量子神經網絡（net）非常相似，所以機會很大。
那么，量子機器學習會比經典計算機更高效嗎？ “我們希望，但還沒有人實現它。” 然而，他們想要解決量子物理問題的部分方式是使用量子機器學習。 最終目標是使用量子機器學習來處理更一般的問題。
不過，他也指出物理實驗模擬器下載免費，“我們還處于起點，這是研究階段，需要時間去試驗和開發。在研究階段，很多時間會花在處理看似簡單的玩具問題上。” 例如，在量子物理學中，他們能否在量子計算機上相當準確地計算出氫分子 () 的能級。 “這是一種非常簡單的分子，自從技術出現以來，人類就已經知道了。但是，一旦這個概念被證明可行，就可以處理更復雜的問題。” 而很多公司都專注于這個領域，包括IBM、微軟、阿里巴巴，所以他對量子機器學習的發展也持開放態度。
希望更多人投資算法
由于量子計算機的理論與今天的計算機不同，未來工程師要想進入應用階段，就需要學習新的編程技能。 對此，約翰表示，他的團隊主要是設計硬件和控制軟件，希望外人學習如何對量子計算機進行編程。 今天的工程師不需要了解互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 等集成電路的制造工藝。 他們只需要了解操作系統和編程語言就可以編寫應用程序。 量子計算機雖然難度大，但是在學術上，比如物理學，物理學等還是有一致性的。 只要知道背后的原理和算法的使用方法，就能舉一反三。
比如在實驗室里，有一個員工是學計算機的，因為對量子計算機的濃厚興趣加入了實驗室。 很棒的改進方法，這是過去20年沒有人想過的，我的想法是如果計算機科學家喜歡這個領域，他們可以做出很多貢獻，當量子計算機時代到來時，人們可以專注于編程和算法。 約翰說。
圖丨化學家理查德·費曼（ ）首先提出了量子計算機的概念，這個會議室就被命名為會議室。 （圖片來源：DT君）
大企業與初創企業云集
不僅如此，今年IBM還發布了IBM 。 這臺 5 的量子計算機被放置在倫敦的 TJ 研究中心。 為了讓大眾能夠接觸到量子計算機，探索量子計算的各種可能性，IBM 開放了讓外界體驗和測試的服務。 去年 3 月，IBM 進一步增加到 17 家，但宣布將在明年內推出業界首個商用通用量子計算平臺 IBMQ 系統，這將是一個擁有 50 臺量子計算機的云服務，因此也將實現量子計算。霸權。
此外，監管機構CB強調，量子計算機正在改變世界。 不僅是D-Wave，還有幾家必須要關注的創業公司點名如下：
，融資金額超過6900萬港元，投資方包括，等；
，融資金額超過5000萬港元，投資方為億萬富翁旗下的創投Grupo；
，募資金額超過4700萬港元，投資方為；
，投資方包括日本國家科學基金會、加州能源委員會等；
后，天使投資人為外媒前執行董事Tom；
，投資方包括美國UFJ和東京學園附屬孵化中心；
ETC。
1965年，英特爾創始人之一摩爾提出摩爾定律，即計算機芯片上的元件數量每24個月翻一番，后來縮短為18個月。 這個經驗法則曾經一路指導著整個計算和芯片行業的發展。 而且，近年來，摩爾定理已經開始出現放緩的跡象，而根據這些趨勢，摩爾定理將在2020年到2025年達到極限，因此業界不乏摩爾定理會失效的想法die-但這將是計算機的發展。 結束？ 其實不是，因為已經有人走上了量子計算機的道路。