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量子電腦拚量產 解決全球暖化只要幾小時?

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量子電腦拚量產 解決全球暖化只要幾小時?

微軟執行長納德拉:量子運算有潛力讓原本需要幾個世代才能處理的全球難題,縮短到數小時、幾天內就解決。 圖片來源:GettyImages

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量子電腦拚量產 解決全球暖化只要幾小時?

天下雜誌637期

量子電腦可以把傳統電腦得花百年處理的問題,在幾小時內解決掉。若成功運用在商業量產,解決全球暖化、潔能源的問題,就快多了。

人工智慧領域,有個舉世知名的「圖靈測試」,來判斷電腦是否追上人類智慧。

而在新興的量子電腦領域,也有類似的測試標準——「量子主導」(Quan-tum supremacy)。

這是加州理工學院的量子理論大師普瑞斯凱爾(John Preskill)在2012年提出,代表量子電腦的運算能力,超過任何一台傳統電腦。而這個測試,有希望在今年底被突破。

量子電腦是什麼?

2017年3月的美國物理學會,Google研究人員馬丁尼斯(John Martinis)提出一個令在座所有人瞠目結舌的宣示:「Google將在今年底前打造並測試一台四十九量子位元(qubit)的量子電腦。而且,Google將證明,這台量子電腦可以在執行『某些困難任務』的速度上,超過全球最快的傳統超級電腦。」

量子運算到底有多強大?一般電腦運用的位元(bit)紀錄處理數據,只能以1或0的狀態存在,但量子位元具有疊加(superposition)的特性,能夠同時處於1和0的狀態。《華爾街日報》比喻,如果說傳統位元像是靜止的硬幣,一次只能出現正面或反面,量子位元就像旋轉中的硬幣,正反兩面同時可以出現。

這樣的技術特性,有利於處理某些對傳統運算而言極度複雜的問題。例如,質因數分解或精確模擬有機分子運動這類問題時,量子電腦會比傳統電腦速度快上許多。

在6月的《自然》中,Google團隊就預測大約再過5年,工業界將能夠讓小型且用在特殊用途的量子電腦商業化。這樣的速度比外界想像得快。

但其實,在1980年代,量子運算只是諾貝爾物理學獎得主理查.費曼提出的純理論。

費曼在1981年提出,自然就是由量子組成(Nature is Quantum),如果你想要模擬自然界,你就必須要打造量子電腦(quantum computer)。但過去人類科技研發有限的運算能力及工具限制下,量子運算充其量就只能出現在科幻片中。

加速發展的重要關鍵

但主宰運算效能的摩爾定律達到極限的此刻,科技大廠、歐美日研究機構近年早已悄悄投入資源,研究量子運算,看誰能突破極限。

根據麥肯錫報告,在2015年,全球就有約7000人投入量子運算研究,15億美元的預算投入量子技術的研究。

量子電腦不但從實驗室打造出來,且可能將邁入商用。不讓Google專美於前,微軟、IBM都十分積極加入行列。

因為在這些科技大咖眼中,量子運算是全新的運算方式,相較起來,目前的電腦幾乎就變成一台老氣的算盤。

今年9月的微軟Ignite大會上,微軟執行長納德拉就宣布要為量子運算做準備。甚至要為量子電腦量身打造程式語言和量子社群,讓開發者可以在自己當地端或微軟公用雲端服務平台Microsoft Azure偵錯、使用全新的模擬器等。

納德拉在現場,秀出兩台機器,當場解出物理學80年來的謎團「馬約拉納費米子」(Majorana Fermion),展示微軟不輸給Google的企圖心。

2017年7月,加州大學和史丹佛大學物理教授在《科學》發表,證明了馬約拉納費米子的存在。這背後是用微軟的量子運算技術。微軟現今就是透過操作馬約拉納費米子作為量子位元,來打造量子電腦。

「基本上,微軟選擇了最困難的方向,發展量子運算,就是透過拓樸學的概念,」微軟亞洲研究院院長洪小文回答《天下》。

微軟的量子運算技術早從2004年就開啟。當時擔任微軟技術與研究戰略副總裁的蒙迪,接受拓樸學大師佛里曼建議,組了量子運算研究團隊「Station Q」。

直到2012年,荷蘭物理學家在超低溫半導體晶體中發現了馬約拉納費米子可能存在的證據,這讓在美國的蒙迪和佛里曼看到契機。

「這是非常關鍵的時刻,這個發現為微軟的量子運算之路指明方向,」蒙迪後來接受媒體採訪時說。

量子運算的速度,將讓目前的電腦,變成一個傳統的算盤。(Shutterstock提供)

量子電腦能解決什麼問題?

「量子運算的潛能在於原本需要花上好幾個世代才能處理的問題,在數小時或幾天內就能解決,比方說人工智慧、潔淨能源、全球暖化等。但是量子運算難題仍多,電腦也還在研發當中,仍有許多障礙,」納德拉不諱言。

IBM在3月時,發布了嶄新的IBM Q量子電腦,就當外界以為這又是另一個噱頭時,IBM卻強調這是IBM第一款商用可量產的量子電腦產品,當場把2017年變成量子電腦實用化的元年。

IBM在2015年就成立了Research Frontier Institute,邀請各國企業或研究單位共同研究量子運算技術。據了解,包括三星、本田、日立金屬、佳能(Canon)等都是成員。

但也不是所有科技大咖都對量子運算抱持樂觀態度。

量子電腦不是唯一解方

譬如最近因為人工智慧全球掀起熱潮,而股價居高不下的輝達(Nvi-dia)創辦人黃仁勳態度就比較保留,認為量子運算雖然具潛力,並非未來唯一的發展方向。

「量子運算有點殺雞用牛刀的感覺,」黃仁勳十月在台灣的GTO大會會後記者會時說。

他認為,量子運算是為了解決複雜的大量規劃的運算,像是醫學、能源等複雜的模擬,但很多人工智慧的應用,只是為了針對單純的問題,取得最好的答案和解方。

「當前的CPU加上GPU架構運算與量子電腦可解決不同的問題,沒有哪個技術是唯一發展方向的問題,」黃仁勳為當前GPU技術辯護,但不否認量子運算的潛力。

面對未來,運算能力的強化與升級已不可逆,量子運算在人工智慧往前演進的路上,已是不可能被忽視的科技新勢力。(責任編輯:王珉瑄)

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