美國防部召集微軟研究實用規模量子運算 意在搶佔全球領導地位

2月3日 據報導，美國國防部高級研究計畫局(DARPA)計畫與微軟合作，研究如何實現實用規模（utility-scale）的量子計算，致力尋求在量子技術方面佔據全球領導地位。微軟是被該部門選為探索非主流量子運算解決方案的三家公司之一。分析師表示合作開發大規模量子運算專案將是實現量子技術長期潛力的關鍵。

開發量子運算的幾種技術路線

開發量子運算有很多種方法，目前還不清楚哪一種方法在未來幾十年中佔據主導地位。這場競賽是為了實現可持續的、可擴展的容錯處理，以完成傳統超級電腦不可能完成或不可行的運算任務。 DARPA正在投資開發目前尚未實現的量子運算想法，這些想法可能在未來達到實用規模。

儘管在金融和製藥領域有一些早期的應用案例，但量子計算技術仍處於早期的研究和開發階段。儘管有兩項技術（即捕獲離子和超導量子位元）最常被使用，目前並沒有任何技術佔據主導地位。

在捕獲離子量子處理器中，帶電粒子懸浮在自由空間中，量子位元儲存在每個離子的穩定電子狀態中。這在包括Oxford Ionics、IonQ和Quantinuum在內的新創公司中很受歡迎，部分原因是它的量子位元的壽命較長，而且也是量子計算更成熟的方法之一。

另一項主要技術是超導量子運算，該領域的一些大公司（例如IBM、Google、D-Wave、IQM等）都在採用這種技術，甚至微軟也在使用。在這種方法下，超導電路被用來進行量子運算。這是最成熟的量子計算形式之一，可以提供比其他類型更多的量子比特，並且需要更少的能量。

除了這兩種技術之外，還有其他一些公司正在開發其他方法，其中包括光子學、核磁共振、量子退火和拓撲量子計算。

DARPA攜手微軟聚焦實用規模量子運算

拓樸量子運算是微軟的一個新的重點，也是該公司將其作為DARPA達成合作夥伴關係的一部分進行探索的領域。 

另外Atom和PsiQuantum兩家公司也將與DARPA合作，旨在探索量子技術如何擴展到計算價值超過成本的程度，並比傳統預測的速度快得多。

其中，Atom正在基於大型光學捕獲原子陣列構建高度可擴展的量子計算機，而PsiQuantum正在使用基於矽光子學來建造基於光子量子位元晶格結構的糾錯量子計算機。

微軟Azure的量子團隊正在建造一個基於拓樸量子位元的工業規模量子電腦。該公司表示，從理論上來說，這應該能夠使他們製造出一個足夠小的量子計算機，可以放在一個櫃子裡，計算速度足夠快，可以在採用超過100萬個量子比特解決以前無法解決的問題。

微軟工程師在一篇部落格文章中寫道：「我們對這項設計充滿信心，因為我們在物理學上取得了重大突破，為世界上第一個拓撲量子位元的工程設計掃清了一個主要障礙，最終構建了一個規模化的量子機器。」

微軟沒有像其他量子計算公司那樣，一次只進行少量量子比特的小規模迭代更新，而是專注於開發更大規模的量子計算技術，其方法是基於至少需要100萬個量子位元來執行任何有用的計算。 

這也是促使DARPA與該公司合作的原因。作為其未探索的實用規模量子計算系統（US2QC）計劃的一部分，DARPA希望減少沒有進行探索的量子方法帶來戰略意外的危險。

DARPA國防科學辦公室US2QC專案經理Joe Altepeter在一份新聞稿中解釋說：「我們在去年發出了一個呼籲，如果有人認為他們在不久的將來（10年後）有一個真正革命性的方法來建造真正可用的量子計算機，我們希望聽到他們的建議，並積極與他們合作，資助更多的技術專家加入開發團隊，並為他們提出的解決方案提供嚴格的政府核查和驗證。 」 

DARPA希望佔據美國在量子運算領域領導地位 

DARPA的最終目標是推動美國在一個具有重要戰略意義的技術領域的商業領導地位，並確保國家安全，避免在其他國家在美國尚未廣泛探索的領域領先時出現任何重大意外。 

這三家公司將各自提出自己的設計概念，描述他們對實用規模量子計算機的計劃，該計劃將對所有系統和子系統進行嚴格的設計，一旦構建和測試完成，DARPA的測試和驗證團隊將對該概念進行更詳細的評估，並將進入下一階段，該階段可能會看到這些機器在現實世界中的實現。

創投OpenOcean合夥人Ekaterina Almasque是量子計算新創廠商IQM公司的早期投資者。她表示，量子運算是一項長期投資，其發展在很大程度上依賴政府部門和大型科技公司的研究預算，包括那些播種早期種子和培育生態系統的具有遠見的組織。

她指出：「DARPA在突破性研究方面有著悠久的歷史，他們認為規模是量子運算的關鍵因素，這一點很有說服力。我們現在還沒有進入量子時代，但也沒有像一些觀察家所說的那樣處於災難性的『量子冬天』。」

「我們所處的時代是一個令人興奮的創新時代，任何事情都有可能發生。在這個時代，小型新創企業有機會取得突破，擴大規模，並與微軟等科技巨頭進行競爭。」她表示，「雖然距離量子霸權(量子電腦超越傳統電腦的時刻)還有一段時間，我們可能短期內看不到功能完備的量子計算機，但預計未來十年將取得很大進展。」

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