IBM的焦虑，集结100个队友，只为对抗谷歌

出品  光子盒研究院

自计算机诞生后，“蓝色巨人”IBM一直处于世界领先地位。IBM的Summit超级计算机从2017年起连续三年问鼎全球超算Top500榜单。而算力比超级计算机高出N个等级的量子计算机，IBM也走在了世界前列。

早在2016年，IBM推出了5量子比特的量子计算云服务，后于2017年制备了20量子比特的芯片。2019年1月，IBM宣布推出全球首台商用量子计算机原型机Q System One。

为了加快量子计算研发与应用，IBM在2017年12月发起成立全球最大的量子计算联盟IBM Q Network。目前，IBM Q Network已发展成为一个由100多家500强企业、初创企业、学术机构和研究实验室组成的庞大联盟。

来自谷歌的威胁

IBM布局量子计算的历史十分悠久。1981年夏天，IBM和麻省理工学院组织了一次划时代的会议，名为首届计算物理学大会。费曼在会议上作了主题演讲，他提出了使用量子效应进行计算的想法。

就职于IBM的哈佛大学博士Charles Bennett也参加了这次会议并深受启发，他认为量子信息理论最大的助推来自费曼。到1984年，Bennett与蒙特利尔大学的Gilles Brassard合作开发了一个实用的量子密码系统BB84。

1993年，Bennett、Brassard等六人联合发表的论文提出了隐形传态协议，利用两个经典比特信道和一个缠绕比特实现了一个量子比特的传输。

这篇论文影响了一位来自澳大利亚的年轻人杰伊·甘贝塔（Jay Gambetta），他决定从实验物理转向理论，攻读量子物理学博士。现在，甘贝塔已经是IBM量子计算部门的负责人。

杰伊·甘贝塔

2016年，IBM把一台小型量子计算机 Q Experience连接到了云端，成为最早布局量子计算云平台的企业。2017年，IBM制备了20量子比特的芯片，并展示了用于50比特芯片的测量设备，同时发布了QISKit的量子软件包。

加州理工学院物理学家John Preskill在2012年提出了量子霸权（Quantum Supremacy）的概念，IBM则提出了量子体积（Quantum Volume）的概念。

根据IBM的解释，量子体积是一个衡量量子计算机性能的专用指标，其影响因素包括量子比特数、测量误差、设备交叉通信及设备连接、电路软件编译效率等。量子体积越大，量子计算机性能就越强大，能解决的实际问题就越多。

2017年，甘贝塔提出IBM开发的量子计算设备的量子体积每年翻一番，这就是摩尔定律的量子版本，被称作“甘贝塔定律”。

IBM在纽约的研究中心拥有4000人，其量子计算团队的实力在企业界首屈一指，正当人们以为IBM会像经典计算机时代那样所向披靡时，半路杀出了谷歌。

要知道，谷歌在2006年第一次开始研究量子问题时，还是刚刚成立8年的初创公司。谷歌直到2012年才成立了专门的量子实验室，斥巨资1500万美元从D-Wave那里买了一台量子退火模拟机拿回去研究。由于缺乏IBM的量子专业知识，谷歌从外部聘请了一个团队，由加州大学圣巴巴拉分校物理学家John Martinis领导。

2018年，谷歌宣布设计了72比特的量子芯片，并着手进行制备和测量。这被认为是谷歌在量子计算领域对IBM“宣战”。IBM直面挑战，在2019年1月9日的CES上推出全球首款专为商业用途设计的集成量子计算系统IBM Q System One。

Q System One是一个高度集成的模块化系统，包括IBM开发的硬件、固件和电子设备，将用于科学和商业用途。虽然只有20个量子比特，但是表现稳定，实用性很强。

这款量子计算机高2.74米，宽2.74米，还有一个15毫米厚的硼硅酸盐玻璃外壳，可以通过电机驱动把它打开，方便进行维护。它需要在接近绝对零度的温度下运行，光是制冷就需要花费几天时间。

IBM量子计算机Q System One

几个月后，IBM又宣布将在2019年10月推出53量子比特的可“商用”量子计算机。新的量子计算系统安装在IBM位于纽约州新的量子计算中心，该中心拥有从5位、14位、20位到53位等14个量子计算系统。

谁知道IBM正式发布53位量子计算机之前被谷歌截了胡。2019年10月，谷歌在Nature上发表了一篇论文，先于IBM宣告了自己的“量子霸权”。

这篇论文详述了谷歌的53位量子计算机Sycamore是如何只花了200秒的时间就完成了一个当前世界上最快的超级计算机需要1万年时间才能完成的计算（速度快出约18亿倍）。

谷歌CEO桑达尔·皮查伊（Sundar Pichai）还为此专门撰写一篇文章，称“这是迄今为止使量子计算成为现实的最有意义的里程碑”。美国首席技术官Michael Kratsios，也发表文章称谷歌做出了非凡的新成就。

谷歌CEO皮查伊和量子计算机Sycamore

IBM感受到了来自谷歌的威胁，并公开质疑后者的“量子霸权”。

IBM在Arxiv上发表论文表示，谷歌实验的缺陷在于“假定超级计算机会受到系统内存存储数据量的限制，而没有充分利用超级计算机的存储潜力。

如果按照IBM的方法来对超级计算机进行编程，仅需2.5天时间就能完成量子计算机耗时200秒的任务量，根本不像谷歌所说的“需要1万年”。

从技术角度来看，至少在目前这个阶段，这几乎是一场胜负难分的比赛。IBM为了赢下这场量子计算的“马拉松”，必须团结一切可以团结的力量，IBM Q Network就这样诞生了。

IBM Q Network

2017年12月14日，IBM宣布成立量子计算联盟Q Network，最初的12个成员包括：摩根大通、戴姆勒、三星、JSR公司、巴克莱、日立金属、本田、长濑产业、庆应大学、橡树岭国家实验室、牛津大学和墨尔本大学。

IBM Research部门负责人Dario Gil直言：“我们正进入量子时代，IBM正与我们的合作伙伴一起，以一种能够解决重大商业和社会问题的方式应用这项新技术。”

IBM Q Network基于IBM的开源量子软件和开发工具，培育一个不断成长的量子计算生态系统，探索量子计算在商业中的应用。比如，摩根大通作为IBM的全球战略合作伙伴，将专注于金融行业的量子计算应用，包括交易策略、投资组合优化、资产定价和风险分析。

IBM在全球建立了五大区域中心，包括：IBM Research、美国橡树岭国家实验室、日本庆应大学、英国牛津大学和澳大利亚墨尔本大学。研究人员通过云访问IBM Q系统，参与量子计算的联合开发工作。

同时，IBM Q Experience面向公众，开发人员可以使用IBM开源量子软件开发工具包QISKit来创建和运行量子计算程序。

截至目前，Q Experience已拥有超过10万个用户，下载开源软件平台Qiskit超过15万次，运行700多万个量子程序，发表了140多篇研究论文。

此外，IBM与麻省理工学院合作为企业高管、工程师、科学家和研究人员等制定一套全面的课程，帮助他们理解即将到来的量子计算革命。双方还联合成立了麻省理工学院-IBM沃森人工智能实验室，进行量子计算和机器学习的交叉研究。

最后，IBM推出了IBM Q Consulting（咨询），顾问、科学家和行业专家聚集在这里，帮助客户通过应用量子计算技术预见新的业务价值，并为客户提供定制的发展路线。

除了500强企业、研究机构，IBM Q Network还吸引了大量初创公司的加入，包括Zapata Computing、Strangeworks、QxBranch、Quantum Benchmark、QC Ware、Q-CTRL、剑桥量子计算公司（CQC）、1QBit等，这些初创公司不做硬件只做软件，与IBM相得益彰。

据Quantum Computing Report网站统计，目前已有27家初创公司加入了IBM Q Network。

IBM拥有最多的合作伙伴

2020年初IBM Q Network再次扩军。IBM与医疗保险公司Anthem、达美航空、高盛、富国银行、伍德赛德能源、洛斯阿拉莫斯国家实验室、斯坦福大学、佐治亚理工学院和全球量子生态系统初创公司签署新的合作协议。

至此，IBM Q Network成员包括100多个组织，涉及航空、汽车、银行、金融、能源、保险、材料、电子等多个行业，是全球最大的量子计算联盟。

在汽车领域，IBM正与奔驰汽车的母公司戴姆勒合作利用量子计算机开发下一代电池。研究人员利用量子计算机模拟了三个含锂分子的偶极矩，这意味着我们离下一代锂硫电池更近了一步，这种电池比现在广泛使用的锂离子电池更强大、更持久、更便宜。

锂硫电池在运行过程中可能形成分子，比如LiH、H2S、LiSH，以及所需的Li2S产品。研究人员模拟这些分子的基态能量和偶极矩。此外，他们还首次在量子硬件上演示，如何用IBM Q Valencia（高级访问5量子位量子计算机）中的4个量子位计算LiH的偶极矩。

在金融领域，摩根大通组建了一支由工程师和数学家组成的团队，他们与IBM的研究人员一起研究量子计算如何改进交易策略、改进客户投资组合以及更好地分析金融风险。

此外，IBM还致力于促进重大科学发现。IBM与欧洲核子研究组织（CERN）的科学家正在研究量子计算如何能够快速、彻底地分析世界上最大的粒子加速器大型强子对撞机（LHC）产生的数据。

在2019年欧洲技术量子会议上，来自CERN、威斯康星大学麦迪逊分校和IBM Research的科学家介绍了初步研究，比较了在量子计算机和传统计算机上进行的粒子物理实验，特别是希格斯玻色子（上帝粒子）的分析结果。

作为美国能源部的一部分，橡树岭国家实验室率先使用量子计算机成功模拟原子核，他们对氘核的能量、质子和中子的核束缚态进行了70多万次量子计算测量。从这些测量中，研究小组提取了氘核的结合能，这是将氘核分解成这些亚原子粒子所需的最小能量，在利用量子计算进行科学模拟方面实现了巨大的飞跃。

橡树岭国家实验室

而在今年早些时候，IBM还宣布计划在美国以外安装两台IBM Q System，一台在欧洲最大的应用科学研究机构Fraunhofer-Gesellschaft（德国），另一台在东京大学。通过这些项目的合作，扩大IBM量子计算机在全球的影响力。

尽管目前这一代的量子计算机还不够强大，不足以在商业应用中展现比经典计算机更强大的优势。但是IBM有信心在未来几年内拥有更强大的一代量子计算机。

而在此之前，他们希望吸引尽可能多的客户使用量子计算机。因此，IBM投入大量资源用于市场营销和行业应用，以重现他们在上世纪60年代主导大型计算机时所取得的辉煌。

-End-

1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。