編譯｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

量子電腦是什么？

重點1：英偉達（NVIDIA）執(zhí)行長黃仁勛日前于CES展會預(yù)測，要讓“非常有用的量子電腦”上市，可能需要15到30年，此番言論在隔日發(fā)酵，導(dǎo)致多家量子運算公司股價暴跌。

重點2：量子運算系統(tǒng)商D-Wave執(zhí)行長Alan Baratz反駁黃仁勛對量子電腦發(fā)展時程的預(yù)測，強調(diào)D-Wave的量子電腦已在商業(yè)應(yīng)用中。

重點3：Baratz指出，黃仁勛的評論可能適用于閘極型量子電腦（gate-based quantum computers），但不適用于D-Wave使用的量子退火法（annealing approach）。

黃仁勛一句話，讓量子概念股暴跌

黃仁勛周二在被問及NVIDIA的量子運算策略時表示，NVIDIA可以制造量子電腦芯片所需的傳統(tǒng)芯片，但這些電腦需要的量子位元（qubits）數(shù)量，將是目前的100萬倍。

他并預(yù)測，要讓“非常有用的量子電腦”上市可能需要15到30年。此番言論引發(fā)市場恐慌，更導(dǎo)致多家量子運算公司股價重挫。

其中，量子運算芯片開發(fā)商Rigetti Computing跌45.41%、量子運算產(chǎn)品商Quantum Computing跌43.34%、量子運算軟硬件商IonQ跌39%、量子運算系統(tǒng)商D-Wave在周三暴跌36.13%。

回顧2024年，上述公司4家公司Rigetti、IonQ、Quantum Computing及D-Wave，分別暴沖1,449.4%、237.13%、1,712.51%、854.44%。Google去年底展示的量子運算芯片Willow，成為帶動量子運算概念股飆漲的一大因素。

但針對黃仁勛說法，D-Wave執(zhí)行長Alan Baratz在接受《CNBC》采訪時表示“完全錯誤”，強調(diào)D-Wave的量子電腦已在商業(yè)應(yīng)用中，并非遙不可及。

Baratz舉例指出，包括Mastercard（萬事達卡）和日本的NTT Docomo（日本電信電話）等公司，都已在實際業(yè)務(wù)營運中使用D-Wave的量子電腦。

Baratz強調(diào)，這些應(yīng)用并非在15年、20年或30年后，而是“現(xiàn)在、今天”。

量子電腦路線之爭：量子退火法vs. 閘極型量子電腦

量子運算旨在解決傳統(tǒng)處理器難以處理的問題。例如，解碼加密、產(chǎn)生隨機數(shù)和大規(guī)模模擬。包括英偉達、微軟、IBM、Google等公司，以及其他新創(chuàng)及學(xué)界，數(shù)十年來一直致力于量子運算發(fā)展。

Baratz承認(rèn)，“閘極型量子電腦”可能還需要數(shù)十年才能實現(xiàn)。但他強調(diào)，D-Wave使用的是“量子退火法”，這項技術(shù)現(xiàn)在就可以部署應(yīng)用。他表示，雖然黃仁勛的評論對于量子退火法來說“完全是錯誤的”。

盡管股價在周三大幅下滑，但截至1月9日，D-Wave股價在一年之內(nèi)仍上漲逾615%，市值達到16億美元（近新臺幣530億元）。

Baratz表示，D-Wave系統(tǒng)可以解決超出配備最快NVIDIA系統(tǒng)能力的問題，更稱“非常樂意隨時隨地與黃仁勛會面，幫助他填補這些知識上的空白。”

什么是量子退火法？

量子電腦可以分為兩大類，一是量子退火（quantum annealing），二是通用型量子電腦，兩者之間主要差別在于是否具有“邏輯閘（logic gate）”。前者沒有，只用來解決特定的問題；后者則更接近于我們目前使用的古典電腦，可借由各種邏輯閘的操作，達到通用計算的目的。

至于量子退火法（Quantum Annealing）則是一種利用量子力學(xué)效應(yīng)來尋找復(fù)雜問題最佳解的演算法。它特別擅長解決“組合優(yōu)化問題”，這類問題的特點是有許多可能的解決方案，但要找到最佳解非常困難。舉例而言，就像是在一個布滿高低起伏地形的區(qū)域中找到最低點。

古典方法：緩慢下降

延續(xù)上述“找到地形最低點”的比喻，古典電腦解決問題的方法，就像是一個沿著斜坡慢慢滾動小球，直到到達一個低點。但問題是，這個地形可能有很多個局部低點（就像小山谷），小球一旦滾到其中一個山谷就可能停住，而無法找到真正的最低點，也就是最佳解。

量子退火的優(yōu)勢在于，可以透過量子穿隧效應(yīng)（quantum tunneling），快速從次佳解跳至最佳解。

量子方法：直接穿隧

而量子退火法則，利用了量子力學(xué)中的“量子穿隧效應(yīng)”（Quantum tunneling effect）。想象這個小球不再只是沿著地形表面滾動，它還可以“穿過”一些小山丘，直接到達更低的地方。這是因為在量子世界中，粒子有一定的概率穿過障礙物，即使它沒有足夠的能量“翻越”障礙物。

跟閘極型量子電腦差在哪？

相對于量子退火法，閘極型量子電腦更像是“通用型的量子電腦”，可以執(zhí)行更廣泛的量子演算法。這兩者在技術(shù)實現(xiàn)和應(yīng)用領(lǐng)域上有所不同。就像一臺專門用來挖土的挖土機（量子退火）和一臺可以執(zhí)行各種任務(wù)的電腦（閘極型量子電腦）。

黃仁勛為何不看好量子電腦短期內(nèi)可上市？

黃仁勛指出量子電腦（或者說閘極型量子電腦）至少30年才會上市的原因，在于目前仍有多種困難難以克服。包括，量子位元（qubits）的不穩(wěn)定性，其容易受到環(huán)境的微小干擾（例如溫度、電磁場等）而導(dǎo)致計算錯誤，這使得硬件的建置和維護成本非常高昂。

此外，目前的閘極型量子電腦擁有的量子位元數(shù)量仍然有限，遠遠不足以解決復(fù)雜的實際問題。要實現(xiàn)具有實用價值的量子計算，需要成千上萬甚至數(shù)百萬個高質(zhì)量的量子位元。同時，由于商業(yè)模式還不明朗，許多企業(yè)和研究機構(gòu)難以負(fù)擔(dān)大量的資金投入，為其目前實際面上的問題之一。

相較之下，量子退火法在某些特定類型的優(yōu)化問題上已經(jīng)展現(xiàn)出一定的應(yīng)用潛力，例如金融建模、物流優(yōu)化、材料科學(xué)，以及AI等，并且在硬件實現(xiàn)上相對容易一些。這也是D-Wave能夠推出商業(yè)化的量子退火電腦的原因。

除了D-Wave以外，富士通（Fujitsu）也開發(fā)了名為“數(shù)位退火器”（Digital Annealer）的技術(shù)，以模擬量子退火的運算方式。

其雖然不是真正的量子電腦，但數(shù)位退火器在解決某些優(yōu)化問題時，也能提供比傳統(tǒng)電腦更快的速度。富士通提供數(shù)位退火器的硬件、軟件和云端服務(wù)，并與各產(chǎn)業(yè)合作，應(yīng)用于物流優(yōu)化、材料開發(fā)等領(lǐng)域。

編譯自bnext