口罩巨头挑战“量子霸权”，3个月造出的『最强量子计算机』靠谱不？

　　霍尼韦尔（Honeywell）最近可是非常忙活。作为全球数一数二的口罩厂商，疫情期间霍尼韦尔一直在努力生产口罩，大家对它的印象也多停留在口罩生产者的层面。但是事实上，人家是正经的多元化高科技制造企业，航空产品、汽车产品、涡轮增压器以及特殊材料统统生产过。

　　今年3月，霍尼韦尔扬言：“在接下来的三个月内，我们将推出世界上性能最高的量子计算机。”

　　3个月后，6月18日，霍尼韦尔正式对外宣布：已经建造了目前世界上性能最好的量子计算机，量子体积达到64，其性能是下一代量子计算机的两倍，甚至超过了谷歌、IBM、英特尔的同类产品。

   “不务正业”的口罩巨头

　　2020年初，一场突如其来的疫情瞬间席卷世界各国，一时间医疗设备以及医用防护用品成为了最为稀缺的东西，尤其是口罩。全球市场中名列前茅的口罩厂商也在这个特殊时期投入了百分百的精力生产口罩以满足全球市场的需求。例如在口罩界大名鼎鼎的霍尼韦尔、3M等等，在口罩生产方面都具备出众的实力和明显的优势。

　　然而，深挖之后，笔者发现霍尼韦尔并非单纯的口罩生产商，旗下业务所涉及的领域也丰富多样，该公司的确是全球口罩生产领域的霸主之一，但除了做口罩，霍尼韦尔还做过航空航天、汽车等领域的产品。日前，霍尼韦尔更是宣称造出了全球最强量子计算机。

　　霍尼韦尔于6月18日公开宣布，该公司已经成功建造了现阶段世界上性能最强的量子计算机H0。其成功建造的量子计算机的量子体积达到64，比此前IBM保持世界第一的32量子体积运算能力量子计算机快一倍，相当于上一代量子计算机的两倍，在性能方面超越了谷歌、IBM的产品。不仅如此，霍尼韦尔还宣布，它们的的量子计算机还将对外出租使用，价格大约为1万美元1小时。

　　在量子领域，量子体积是IBM提出的用来衡量量子计算机性能的一个指标，量子计算机性能越强，量子体积也就会越大。

　　这个电离室存放着霍尼韦尔量子计算机的大脑

　　笔者从霍尼韦尔官网获悉，霍尼韦尔是一家《财富》全球500强的高科技企业，其高科技解决方案涵盖航空、楼宇和工业控制技术，特性材料，以及物联网等领域，并以 418 亿美元的营业收入位居 2019 年财富世界 500 强排行榜第 290 位。他们甚至致力于将物理世界和数字世界深度融合，利用先进的云计算、数据分析和工业物联网技术解决棘手的经济和社会挑战。

　　公开资料显示，霍尼韦尔成立于 1885 年，是一家具有 135 年历史的企业。在创立初期主要业务是电子温度调节器。到了 1927 年，霍尼韦尔开始制造原子钟，并成为当时最大的原子钟制造商。从 1934 年开始，霍尼韦尔便开始了全球化的扩张之路，业务也开始延伸至原子、安全警报以及火灾探测等领域。

　　而后，到了二战期间，霍尼韦尔便开始在制造业务上接触军工订单，并由此建立了自己的航空部门。1969 年，人类历史上首个登月的阿波罗 11 号宇航员们所用的精密仪器表便是霍尼韦尔提供的。

　　在多个业务的加持下，霍尼韦尔不断发展。1995 年，由霍尼韦尔开始进军计算机市场，并成功的研发出计算机系统 D-1000，并开始了计算机领域的壮大之路。霍尼韦尔曾是当时挑战 IBM 的众多公司之一，其他公司包括 Burroughs、Univac、NCR、Control Data Corporation，它们与霍尼韦尔被统称为 BUNCH。而后，霍尼韦尔退出了大型主机的市场。

　　十余年后的霍尼韦尔再度进军计算机，难免有点“不务正业”之嫌。

　　从目前的业务发展来看，霍尼韦尔的主要有四个经营业务部门——航空航天集团、智能建筑科技集团、特性材料和技术集团、安全与生产力解决方案集团。

　　发展量子计算需要涵盖原子物理、低温学、激光、磁学和精密控制系统等多个领域的专业技术。霍尼韦尔董事长兼首席执行官杜瑞哲认为，霍尼韦尔此前在多个工业领域的产品经验帮助公司在这一前沿技术领域取得了进展。

　　霍尼韦尔在量子计算方面已经布局了十余年，五年前认真推出了计划并低调研发。直到 2018 年，霍尼韦尔才宣布了其量子计算能力。

　　到了 2019 年年底，霍尼韦尔宣布和微软合作，通过微软的 Azure 量子服务，为霍尼韦尔量子计算机提供云接入服务。

　　而今，霍尼韦尔将推出量子计算机，恰恰是有了一个阶段性成果。

　　三个月缔造量子奇迹

　　值得注意的是，早在2020年3月，霍尼韦尔就曾扬言，接下来的三个月内将推出全球性能最强的量子计算机。

　　如今距离霍尼韦尔立下目标刚好过去了三个月，而霍尼韦尔也兑现了之前的承诺，果真推出了目前“全球最强的量子计算机”H0。霍尼韦尔量子计算机负责人表示，其量子计算机使用了6个量子有效位，使其成为了当前史上最强量子计算机。

　　霍尼韦尔公司透露了他们这台超级计算机的情况，其主机是一个篮球大小、用不锈钢材质做的一个真空室。它的真空度大约在为外太空的五分一（地球附近外太空大气压约为为10^-4pa），温度约为-263℃，内部，里面主要安装了一个硅芯片离子阱系统。真空室预留了一个激光接入口，用于方便外围的控制系统使用激光操控真空室内离子阱系统上方悬浮带正电荷的原子

　　霍尼韦尔量子计算部门总裁托尼·乌特利（Tony Uttley）表示，随着公司增加更多量子比特，霍尼韦尔H0的量子体积将从今天的64增至64万。他说：“你可以将量子计算机想象成为有很多座位的礼堂，现在我们正努力将座位填满。”

　　乌特利还透露，霍尼韦尔正在开发名为H1的系统，其性能将更优于H0。

　　与竞争对手的量子计算机相比，霍尼韦尔的设计另一个重大区别在于其量子计算机可以在中途改变计算，这种名为「中路测量」的功能为量子算法开辟了新的可能性。

　　霍尼韦尔预计，在自己的业务中使用量子计算机也会受益。乌特利表示，量子计算机将帮助该公司模拟对化学和材料科学有用的分子、执行对石油和天然气行业有用的优化计算以及执行对航空航天有用的 AI 工作。

　　霍尼韦尔董事长兼首席执行官杜瑞哲认为，量子计算能够应对复杂的科学和商业挑战，推动计算能力、运营成本和速度的逐步改进。由此，材料公司将探索新的分子结构;交通运输公司将优化物流;金融机构将需要更快、更精确的软件应用程序;制药公司将加快新药的研发……

　　据悉，霍尼韦尔量子部门表示，美国商业银行摩根大通已经用上了这台设备，该公司不仅对其赞不绝口，甚至连借助量子计算机进行实验的论文都已经写好了。未来五年，霍尼韦尔量子计算机的量子体积将每年以一个数量级的速度增长，全球量子计算机领域或将产生一位实力强悍的霸主。

　　摩根大通把他们借助霍尼韦尔量子计算机进行的实验写成了论文《Canonical Construction of Quantum Oracles》，并挂在了arXiv上。

　　靠不靠谱业界说

　　若是基于IBM建立的量子计算机衡量基准，霍尼韦尔的这台量子计算系统确实已经达到了世界顶级水平。这可不是霍尼韦尔自封的，而是得出的结论。

　　IBM提出了一个专门表示量子计算机性能的指标——量子体积，并指出，该公司开发的量子计算设备的“量子体积”增长规律类似摩尔定律。IBM曾在官方网站上发文对“量子体积”概念进行了解释。文章说，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。

　　这篇由IBM研究人员杰伊·甘贝塔和萨拉·谢尔登撰写的文章还说，自2017年发布量子体积为4的设备“IBM Q 5 Tenerife”以来，IBM开发的量子计算设备的量子体积每年翻一番，这一增长规律与摩尔定律类似。

　　霍尼韦尔的量子计算机量子体积已经达到了64，并且称，未来5年，他们产品的量子体积每年将以一个数量级的速度增长。

　　这台量子计算机有6个有效的量子比特。在许多情况下，一个系统的有效量子比特数比系统中原始的或物理的量子比特数要少，因为一些量子比特有可能丢失。但霍尼韦尔表示，由于其优越的系统设计，霍尼韦尔的计算机不会失去任何原始的量子比特，且将在一年之内得到至少10个有效量子比特，相当于1024的量子体积。

　　那么，霍尼韦尔的这款量子计算机真有那么神乎其神吗?

　　先来看看，霍尼韦尔宣布的内容。霍尼韦尔宣布它实现的量子计算的量子容量为64，是业界目前为止最强的。据霍尼韦尔介绍，霍尼韦尔量子计算机的核心是一个篮球大小的超高真空。这个球体包含的真空粒子数量是外太空的1/5，由液态低温冷却，温度仅比零度高出10华氏度—在这个温度上，原子几乎停止震动。

　　根据霍尼韦尔的解释，在离子阱（一种覆盖着1/4硬币大小的金的硅芯片）内部，电场使单个原子悬浮在离子阱上方0.1毫米处。而科学家们则使用激光照射这些带正电荷的原子来执行量子操作。

　　在霍尼韦尔的这些信息中，有几个关键背景需要了解，其一是“量子体积”。其二是目前的主要量子计算各个公司的技术路线。其三是如何来衡量一个公司的量子能力。然后我们就能够清晰地来判断霍尼韦尔的这个宣布。

　　关于“量子体积”。这个衡量量子计算机能力的参数指标是由IBM公司在2017年提出来的，此前业界对于一家公司的量子计算机能力衡量参数通常采用“量子比特”这个评判标准，它相对而言并不能完全反应出量子计算机能力的多维度。后来IBM提出了“量子体积”它的影响因素包括量子比特数、门和测量误差、设备交叉通信、以及设备连接和电路编译效率等。应该说“量子体积”比“量子比特”这个参数更科学地描述了量子计算机能力的高下。

　　关于“各个公司的量子计算机技术路线”。目前量子计算主要分为固态器件（也可以称之为电学路线）和光学路线两大类量子计算路线。IBM与谷歌所走的是超导量子计算路线，英特尔所走的是半导体量子技术路线，无论是超导还是半导体都属于固态器件路线。所以谷歌、IBM、英特尔这三家公司属于“固态器件路线派”。而离子阱也是就目前霍尼韦尔所走的技术路线则属于的是“光学器件派”。也就是说霍尼韦尔与IBM、谷歌、英特尔等本来就分属不同的技术路线。

　　光学路线的离子阱在相干时间上就有优势，但是其可操控性上很弱，而且与经典计算很难实现兼容。所以包括IBM、英特尔、谷歌等都没有选光学而是选择了固态器件，目前世界上80%以上的量子计算都采用了固态器件的路线，因为它有很好的工业基础而且与经典计算能够更好的融合，离子阱等光学路线更多是在科研上用的比较多。

　　尽管业界没有对哪种技术路线未来会更成功给出定论，但是从与经典计算的兼容、从现有工艺与产业资源的成熟度等等综合维度来看，固态器件都有明显的优势，这也就是为什么包括谷歌、IBM、英特尔等都选择了该方向的技术路线进行探索的原因。

　　关于“如何衡量一个量子计算机的能力”。专家认为“量子计算机解决一个实际问题所消耗的资源”是关键指标，也就是说“是骡子是马”得拉出来到实际问题现场遛一遛才知高下。本源量子计算机公司副总经理张辉表示：“真正衡量量子计算能力是看用它来解决问题消耗的资源与经典计算相比，谁消耗的资源更小。”此前英特尔中国研究院院长宋继强也提及此观点，衡量量子计算机的能力高下要看，究竟解决了什么问题，消耗了多少资源。

　　基于这几个信息，我们来分析这次霍尼韦尔的成果。张辉认为，霍尼韦尔称其量子体积得分64，从离子阱路线来看做到这个参数是一个进步。但说它有世界上最快量子计算机其实有炒作的意味。因为现在没有看到霍尼尔韦尔用它解了这个世界的任何问题，而此前谷歌宣布的量子突破，好歹是解了一个数学的问题，真正衡量量子计算能力是看用它来解决问题消耗的资源与经典计算相比，谁消耗的资源更小。目前未看到霍尼韦尔能解决任何问题的报道，也不知道用它来解决问题。“也不完全能用量子体积来将霍尼韦尔与IBM进行比较，两者本来就属于不同的技术路线，某种意义上看，霍尼韦尔在偷换概念，炒作意味更浓吧。”张辉说。

　　IBM公司在2019年9月宣布了53个量子位的量子计算机，并宣布该公司的量子计划现在还支持与商业客户、学术机构和研究实验室的80个合作伙伴关系。其中一些已经开始使用可用的机器来解决实际问题，应该说是目前在商业路径上走的最快的公司之一。

　　尽管没有看到霍尼韦尔的解题成果，但霍尼韦尔宣布，其量子计算机成功推出后正计划将其能力用于商业比如租借给其他公司，而且这项服务每小时的成本可能在1万美元左右虽然霍尼韦尔没有透露已经有多少客户签约使用其量子计算机但他们承认已经与摩根大通签订了合同。摩根大通的量子专家团队可能会使用霍尼韦尔的机器进行巨型计算比如建立防欺诈检测模型。而且也将通过微软的云计算平台来提供量子服务。

　　目前，全球的量子计算都尚属于起步阶段，此前英特尔副总裁、中国区总裁杨旭表示，全球的量子计算是一场马拉松，现在才刚刚跑出去200米，究竟谁快谁慢，下结论还太早。