據TechCrunch的消息，亞馬遜雲（AWS）在2019年12月3日宣佈了其量子計算機服務Braket預覽版發佈。Braket目前是由D-Wave、IonQ和Rigetti三家量子計算公司提供硬件，AWS雲提供量子計算系統，四家公司共同合作的結果。
目前，亞馬遜並沒有在自己的數據中心安裝這些量子計算機，而是提供了一種統一的方式來訪問這些量子計算機。Braket為開發者提供了一個標準的、完全管理的Jupyter記錄薄環境，用於探索他們的算法。當然，他們也會提供一些預裝的開發工具、示例算法和教程，幫助新用戶開始實用混合和經典量子算法。
圖1：D-Wave的2000Q量子計算處理器。
此外，亞馬遜還在加利福利亞理工學院附近建立了AWS量子計算中心和量子解決方案實驗室。估計以後亞馬遜也會製造自己的量子計算機硬件，而且亞馬遜量子計算負責人 Simone Severini 也證實公司正在開發量子硬件，但沒有透露任何細節。
圖2：Rigetti量子計算公司生產的量子計算處理器。
其實在亞馬遜之前，微軟在11月美國佛羅里達州奧蘭多市舉辦的2019年度Ignite大會上也宣佈了計劃推出Azure Quantum雲計算服務，為部分客戶提供3臺量子計算機原型機的接入服務。這3臺原型機分別來自工程巨頭霍尼韋爾(Honeywell)和兩家初創公司——美國馬里蘭大學科學家創立的量子計算初創公司IonQ，以及耶魯大學科學家創立的量子計算初創公司Quantum Circuits,Inc(QCI)。
Azure Quantum會將微軟之前發佈的量子編程工具與其雲服務整合在一起。編碼器可以在模擬的量子硬件上運行量子代碼，也可以在霍尼韋爾、IonQ或QCI的真實量子硬件上運行量子代碼。
當時，微軟宣稱Azure Quantum服務將會在未來幾個月內推出。當然，與亞馬遜一樣，微軟目前也還沒有自己的量子計算硬件。
在微軟宣佈推出量子計算雲服務的前一週，即10月23日，谷歌在《Nature》發表了一篇名為《使用可編程超導處理器的量子霸權》論文，演示了其量子計算機在約三分鐘內生成了約100萬個隨機數據串，而全球運行速度最快的傳統超級計算機需要一萬年才能完成這個任務。據谷歌發佈的消息，他們本次實現了53個“量子比特”，解開了超級計算機再怎麼進步也很難解開的問題，證實了“量子霸權”。
圖3：谷歌《使用可編程超導處理器的量子霸權》論文中演示的量子霸權。
不過在谷歌論文發出不久，量子計算的另一個核心玩家IBM就發博客說谷歌的說法有誤導性，計算方式有Bug，現代超算根本不需要花費那麼長的時間。而且用自己的方法在超算上花了兩天半的時間就完成了谷歌之前說需要一萬年才能完成的相同計算任務。
其實IBM自己也有一臺53量子比特的量子計算機，而且已經開放給外部用戶使用。在IBM位於紐約州的新量子計算中心，目前擁有14個量子計算系統，其中包括新的53量子比特的系統、5個20量子比特的系統、1個14量子比特的系統、以及4個5量子比特的系統等。
歐美、中、日在量子領域大力投入
除了美國，中國在很早之前就開始了量子計算機的研製，而且近年來，中國將量子通信和量子計算機定位為重大項目。中國科學院量子信息與量子科技創新研究院院長潘建偉院士認為，目前量子計算機還處於比較初級的階段，但它的研製在快速發展中，中科院量子信息與量子科技創新研究院與谷歌和IBM一樣都處於世界第一陣營。他承認，目前谷歌的量子計算機處於領先地位。
他預計中國在明年有望實現對50個量子的操縱。在超導量子計算研究的進展方面，近期可以實現30個超導量子比特的糾纏。
歐美和中國正在國家和企業層面上戰略投資量子技術，其中美國製定了《量子信息科學國家戰略概述》，自2019年起，5年裡最多投入13億美元，將建設約10個研究和人才培養基地。歐盟啟動了10億歐元的規模的項目，德國、英國和荷蘭等國也敲定了自主投資計劃。
看到歐美和中國的動作後，日本也開始了追趕之路，據《日經中文網》報道，日本力爭今後20年實現量子計算機實用化，且已經將量子技術定位為與人工智能和生物技術並列的重要領域，計劃在今年內會擬定首個開發戰略。根據進度表，日本將以到10年後為目標開發出量子位達100個的量子計算機。之後將進一步增加數量，提升計算精確度，力爭2039年前後實現實用化。
此外還將推進無法竊聽能夠安全通信的密碼技術、在無法使用全球衛星定位系統（GPS）的水中準確獲知位置的傳感器等開發。
戰略中除了5年間增加5處以上國際性研發基地外，還提出了10年間成立逾10家以量子技術為核心的創新企業的目標。本年度日本量子技術相關預算約為160億日元，下年度力爭幾乎翻番。
大家都知道，要實現真正的量子計算機還需要時間。現在的量子計算機只能跑一些固定的程序和算法，並沒有多大的實用性和商用價值。
在世界範圍內，谷歌、IBM和中國的阿里巴巴集團等都在積極推進量子計算機的開發。這是一個屬於未來的技術，那量子計算機到底可以用在哪些方面呢？它可以用來做什麼？
量子計算機可以用來做什麼？
與傳統計算機相比，量子計算機利用的是量子態的疊加等性質，可以實現計算能力的飛躍。因此，在密碼破解方面量子計算機擁有獨特的優勢。
比如，現在通訊時對密碼等信息進行加密，即使是最新的超算，也需要很長時間才能破解，因此加密被視為“安全”。但量子計算機有可能破解這種加密。
拿RSA加密算法舉例來說，它是一種廣泛被用於保護信息安全的算法，它利用計算機都很難快速完成的因數分解來進行加密。如果給你一個數字10，你立刻就可以告訴我它可以被分解為2和5兩個素數的乘積，但是如果我給你的數字是62615533，你應該無法通過心算告訴我它是哪些素數的乘積。
這不能怪罪於你的心算能力。一旦數字足夠大，計算機也無能為力。如果給出一個4000位的數字，即使是讓現存的計算機運行和宇宙年齡一樣長的時間也無法將它分解成一系列素數的乘積。但如果是量子計算機來處理的話就能輕易破解。
跟RSA加密算法類似，其他的加密算法也一樣在量子計算機面前不堪一擊。倫敦加密貨幣公司Post Quantum的首席執行官安德森·鄭（Andersen Cheng）甚至擔心，量子計算機可以在三年內破解區塊鏈。量子計算公司IonQ的首席執行官斯圖爾特·艾倫（Stuart Allen）也預計，量子計算可能會在十年內成為區塊鏈的問題。
除了在密碼學領域，量子計算機在化學、生物和製藥領域也可以大展身手。比如，為了設計一種新藥，一個明智的選擇就是在計算機上模擬它的行為。困難在於分子是由很多粒子組成的，而這些粒子全部遵循量子力學的規律。我們知道，隨著粒子數的增長，描述分子系統所需的信息量呈指數增長，這使得計算變得異常困難。面對相對小的分子，最好的經典計算機在模擬分子的量子動力學性質時也顯得無能為力，但量子計算機卻可以勝任這項工作。
此外，量子計算機在金融市場的風險預測、提高物流效率和解決城市交通擁堵方面也有很大的優勢。
基於現有計算機器件的量子計算機？
上面的這些量子計算機都是超導量計算處理器來實現的，但 在高交會上見到了一家深圳的公司展示了一款叫做薛定諤計算機的樣機。
據現場的工作人員介紹，他們這款計算機採用的就是傳統的CPU、GPU、硬盤、內存等器件，但使用特定的計算架構，可以實現基於本徵態的多位邏輯量子比特表示模型，他們自己設計的數字量子計算算法，定製了量子數字操作系統和新型量子數字數據存儲模型和量子數字數據庫系統。該計算機就基於SDN全交換網絡計算體系，實現了邏輯量子比特位的彈性收縮，可以支持量子計算資源無線擴展和計算能力彈力擴充的分佈式量子計算網絡。
圖4：薛定諤計算機
據現場工作人員解釋，谷歌、IBM，以及D-Wave等初創的量子計算機企業的量子計算機都是基於超導量子計算處理器的，穩定性很不好，而他們基於現在傳統計算機器件的薛定諤計算機則避開了這個不足。
對於這個計算機的性能，只在現場見工作人員演示了破解128位密碼的速度。
谷歌發表在《Nature》上的論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5?utm_source=weibo&utm_medium=social&utm_term=s41586-019-1666-5
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