中美日在量子计算机研发上较劲

新一代高速计算机——量子计算机的开发竞争日趋激烈。面对寻求在2029年之前“最先完成”的谷歌等美国企业,中国企业正发起猛追。日本以外的新兴企业和富士通等日本企业也都在凭借自主技术提升存在感。采用量子技术的计算将在新药开发和密码破解等方面打破传统计算机的极限,对产业界和国家安全保障战略产生的影响巨大。

“这是非常具有挑战性的尝试”,5月,在谷歌召开的开发人员会议上,该公司首席执行官(CEO)桑德尔·皮查伊披露了正在推进的量子计算机的开发计划。目标是2029年“完成”。

谷歌2019年利用量子计算机以3分20秒的解决了最尖端超级计算机需要花1万年解决的问题,成功实现了被称为“量子霸权”的突破性进展。不过,当时使用的是生成随机数的特殊问题,缺乏实用性。

今后瞄准的是实现可以解决现有计算机束手无策的各种难题的“作为通用产品的量子计算机”。谷歌寻求在为解决气候变化问题开辟道路的材料和抑制传染病的全球大流行的药物开发方面促进革新。

此前,量子计算机达到完成的水平被认为要等到20年后。谷歌则设想10年以内达到。所需的投资额预计达到数十亿美元规模。

采用数字电路的传统计算机以0或1的“位(bit)”为单位进行计算,而量子计算机则使用既是0又是1的“量子位”。它可以批量处理庞大的数据,以较少计算导出答案。蕴含着用数分钟解答超级计算机需要花费数亿年的问题等的破坏力。

不过,要解决设想的难题,现在“不足100”的量子位数还不够。谷歌将大幅增加至“100万”量子位。还将克服计算时出错这一最大的难题。

如果增加量子位,布线和控制将变得困难。正如现在的计算机随着晶体管的问世而实现飞跃式发展一样,需要实现迈向“大规模化”的技术创新。

面对较高的阻碍,谷歌在美国加利福尼亚州圣巴巴拉新设了研究基地,将加强研发体制。

美国IBM也将加快开发。计划将量子位的数量从现在的65个到2023年增至1000个以上。为了不输给谷歌,将加紧应对出错问题。

能制造量子计算机的企业在世界范围内屈指可数,美国具有压倒性的存在感。谷歌和IBM一直在以电阻为零的超导电路进行计算的技术领域主导开发,但中国已开始威胁这一地位。

中国科学技术大学(中科大)5月宣布开发出了超导量子计算机“祖冲之号”。虽然仍是试制水平,但量子位数达到62个,属于世界顶尖水平。这是在中国被称为“量子之父”的潘建伟等人的研究成果,在拥有世界权威的美国科研期刊《Science(科学)》杂志上刊登了论文。

除了超导方式之外,中科大还在2020年以采用光子的方式继谷歌之后实现了量子霸权。可见中国正在迅速提升实力。

中国的大型企业方面,阿里巴巴集团也将开发量子计算机。2015年,阿里巴巴与中国科学院成立了“量子计算实验室”。2018年推出了能通过云平台利用的服务,似乎正在扩大行动。

如果借助量子计算机开发出划时代的电池和药物,企业的竞争环境也将明显改变。如果发展到终极水平,将能够破解支撑目前互联网通信的密码,还将影响安全保障。掌握量子技术的国家将掌握今后的高科技主导权。

新兴势力的崛起也很突出。代表性的例子是软银愿景基金出资的美国IonQ 。开发的技术是利用带电原子(离子)来生成量子位,属于被称为“离子阱(Ion trap)”的方式。

离子方式具备稳定性高等优点,拓展量子计算机相关业务的日本blueqat(位于东京文京区)的CEO湊雄一郎指出“技术迅速进步,全球的关注正在提高”。

波士顿咨询(BCG)的数据显示,量子计算机蕴含着到2050年创造最多8500亿美元利润的可能性。即使硬件未完成开发,也有望在数年内局部应用于工业,力争尽早引进的企业的竞争也很活跃。

日企通过“模拟量子计算机”提高存在感

美国谷歌等将推进被称为“量子门”方式的量子计算机的开发。而在日本,富士通2020年启动了相同方式的开发。虽然能用于通常的计算,但开发难度高。

还存在有望尽早得到应用、被称为“量子退火(Quantum annealing)”的方式。这是基于东京工业大学特任教授西森秀稔等人的研究而诞生的技术,尤其在日本备受期待。加拿大的D-Wave Systems正在开发,将推进市场开拓,NEC也将启动研究。特点是能快速从庞大的选项之中找出最佳答案,还被称为特化型量子计算机。

与量子退火方式形成竞争的是富士通、日立制作所和东芝积极发展的“模拟量子计算机”。两者在高效发现组合的最佳答案这一点上相同,但在硬件采用现有计算机的技术这一点上有所不同。由于引入了量子退火的原理等,因此使用了“模拟”一词。

虽说是特化型,但应用范围广泛,包括物流、医疗和金融等。日本制药企业PeptiDream在新型冠状病毒治疗药开发方面应用了富士通的模拟量子计算机。据称,模拟量子计算机从庞大数量的化合物中找出候选药物,将原本研究人员重复做实验、需要用约半年时间来摸索的工作缩短为半天左右。

KDDI综合研究所利用日立的技术,实施了从基站和频带的庞大组合中,给各通讯运营商快速分配电波的计算。将时间缩短为此前方式的2000分之1。东芝则启动了将其用于股票市场的超高频交易(HFT)的验证。