谷歌發布量子開源軟體 傳統化學家「不感冒」| 第一財報

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導讀

目前參與量子計算領域研究的主要是物理學家。許多量子化學家都對這方面的研究感興趣，不過大都「不明覺厲」，還不清楚量子信息的原理。谷歌現在推出的這個開源軟體的作用，就是幫助更多科研人員來體驗、使用這種量子模擬的方法。

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谷歌在推動量子計算機方面又有新動作。近日，谷歌公布了一款開源軟體，能夠旨讓科學家和研究人員更方便地使用量子計算機的軟體支持他們的研究。不過傳統化學界對此似乎並不感冒。

這款名為Open Fermion的開源軟體包含有一個演算法庫，能在量子計算機上模擬電子的相互作用。電子的相互作用在化學和材料科學領域都非常重要。化學家和材料學家可以利用這個軟體，改編演算法和方程，使之在量子計算機上運行。之前，他們只能在具有強大計算能力的傳統計算機上進行模擬，或者與專業的量子計算機軟體開發者合作，編寫大量軟體代碼，才能在量子計算機上模擬電子間的相互作用。

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室副研究員，科技與戰略風雲學會會長袁嵐峰對第一財經記者解釋稱，由於「電子之間的相互作用」，隨著體系規模的增長，計算量增長得很快，因此需要更高性能的計算機處理。

目前參與量子計算領域研究的主要是物理學家。許多量子化學家都對這方面的研究感興趣，不過大都「不明覺厲」，還不清楚量子信息的原理。谷歌現在推出的這個開源軟體的作用，就是幫助更多科研人員來體驗、使用這種量子模擬的方法。

袁嵐峰說：「這類軟體降低了知識門檻，以前科學家需要對整個實驗裝置都很了解，現在可以只關注軟體。這就好比計算機剛出來的時候，能用計算機的人需要對計算機的硬體軟體都非常了解，後來發明了編程語言，大多數人就不需要管計算機的硬體了。」

不過對於量子計算機對基礎科研領域的幫助有多大，研究人員仍然持謹慎態度。西班牙加泰羅尼亞化學研究院（ICIQ）研究員JR Galan-Mascaros對第一財經記者表示：「雖然量子計算機的性能強大，能夠幫助科學家解決過去不能解決的問題，或者增加新發現的可能性。不過量子計算機成本太高，大規模商業化很難達到。」

不過對於量子計算機對基礎科研領域的幫助有多大，傳統化學家和材料科學家仍然持謹慎態度。西班牙加泰羅尼亞化學研究院（ICIQ）研究員Jose Ramon Galan-Mascaros對第一財經記者表示：「量子計算機在進行複雜計算處理方面的能力確實很強，但是量子晶元的技術非常複雜，只有當做成超級計算機的時候才會有用，這是巨大的成本，所以要實現商業化很難。」

儘管量子化學已經興起一段時間，被認為能夠解決過去無法解決的問題。不過據第一財經記者了解，目前從事量子計算的大多數仍為物理領域的科研人員。「雖然量子是個好東西，但量子計算還在初始階段，目前來看對我的幫助並不大。」華東理工大學化學系副教授張雋佶對第一財經記者表示。

目前谷歌、IBM、英特爾、微軟和D-Wave等公司都在大力推動量子計算機的開發，希望儘早投入運行商業應用。谷歌此次發布的開源量子軟體Open Fermion，就是與一家小型的競爭對手——量子計算機創業公司Rigetti Computing合作開發了新軟體。

蘇黎世聯邦理工學院、美國勞倫斯伯克利國家實驗室、密歇根大學、哈佛大學、牛津大學、達特茅斯學院和美國國家航空航天局也在在軟體開發過程中對谷歌提供了幫助。

此外，谷歌、IBM和D-Wave還允許企業通過它們的雲服務，免費試用處理能力還不夠強大的量子計算機。谷歌曾表示，計劃今年年底前實現50個比特的量子計算能力，這將成為計算機科學領域的一個里程碑事件。

儘管量子計算機雲處理能力要比傳統超級計算機高出幾個數量級。理論上能讓人們完成過去不可能完成的任務，比如模擬化學催化劑；建立極為複雜的系統，比如例如氣候變化模型；或者破解幾乎所有公鑰加密密碼等。但迄今為止，這些公司開發的量子計算機處理能力仍然不夠強大或精確，在運行大多數任務時，性能與傳統計算機相比並無優勢。

傳統計算機的晶體管處理器是用二進位表示信息的，二進位信息的值是0或者1。量子計算機則利用量子比特表示信息，一個量子比特的值可以同時為0和1。在傳統計算機中，每個比特的值相互是獨立的，量子比特的值則相互影響。從理論上說，正是這一特性使得量子計算機具有強大的處理能力。

背景簡介：中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室副研究員、科技與戰略風雲學會會長袁嵐峰博士於2017年10月就谷歌發布量子開源軟體接受了第一財經記者錢童心的採訪，本文於2017年10月24日發表於《第一財經日報》（http://m.yicai.com/news/5358982.html），風雲之聲獲授權轉載。責任編輯：郭尖尖

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