摘要
霍尼韋爾(Honeywell)最近可是非常忙活。作爲全球數一數二的口罩廠商，疫情期間霍尼韋爾一直在努力生產口罩，大家對它的印象也多停留在口罩生產者的層面。但是事實上，人家是正經的多元化高科技製造企業，航空產品、汽車產品、渦輪增壓器以及特殊材料統統生產過。
今年3月，霍尼韋爾揚言：“在接下來的三個月內，我們將推出世界上性能最高的量子計算機。”
3個月後，6月18日，霍尼韋爾正式對外宣佈：已經建造了目前世界上性能最好的量子計算機，量子體積達到64，其性能是下一代量子計算機的兩倍，甚至超過了谷歌、IBM、英特爾的同類產品。
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綜合自 | 大數據文摘、失落代號、機器之心、中國電子報等（轉載請註明來源）
編輯 | 葉小玉
01 “不務正業”的口罩巨頭
2020年初，一場突如其來的疫情瞬間席捲世界各國，一時間醫療設備以及醫用防護用品成爲了最爲稀缺的東西，尤其是口罩。全球市場中名列前茅的口罩廠商也在這個特殊時期投入了百分百的精力生產口罩以滿足全球市場的需求。例如在口罩界大名鼎鼎的霍尼韋爾、3M等等，在口罩生產方面都具備出衆的實力和明顯的優勢。
然而，深挖之後，筆者發現霍尼韋爾並非單純的口罩生產商，旗下業務所涉及的領域也豐富多樣，該公司的確是全球口罩生產領域的霸主之一，但除了做口罩，霍尼韋爾還做過航空航天、汽車等領域的產品。日前，霍尼韋爾更是宣稱造出了全球最強量子計算機。
霍尼韋爾於6月18日公開宣佈，該公司已經成功建造了現階段世界上性能最強的量子計算機H0。其成功建造的量子計算機的量子體積達到64，比此前IBM保持世界第一的32量子體積運算能力量子計算機快一倍，相當於上一代量子計算機的兩倍，在性能方面超越了谷歌、IBM的產品。不僅如此，霍尼韋爾還宣佈，它們的的量子計算機還將對外出租使用，價格大約爲1萬美元1小時。
在量子領域，量子體積是IBM提出的用來衡量量子計算機性能的一個指標，量子計算機性能越強，量子體積也就會越大。
這個電離室存放着霍尼韋爾量子計算機的大腦
筆者從霍尼韋爾官網獲悉，霍尼韋爾是一家《財富》全球500強的高科技企業，其高科技解決方案涵蓋航空、樓宇和工業控制技術，特性材料，以及物聯網等領域，並以 418 億美元的營業收入位居 2019 年財富世界 500 強排行榜第 290 位。他們甚至致力於將物理世界和數字世界深度融合，利用先進的雲計算、數據分析和工業物聯網技術解決棘手的經濟和社會挑戰。
公開資料顯示，霍尼韋爾成立於 1885 年，是一傢俱有 135 年曆史的企業。在創立初期主要業務是電子溫度調節器。到了 1927 年，霍尼韋爾開始製造原子鐘，併成爲當時最大的原子鐘製造商。從 1934 年開始，霍尼韋爾便開始了全球化的擴張之路，業務也開始延伸至原子、安全警報以及火災探測等領域。
而後，到了二戰期間，霍尼韋爾便開始在製造業務上接觸軍工訂單，並由此建立了自己的航空部門。1969 年，人類歷史上首個登月的阿波羅 11 號宇航員們所用的精密儀器表便是霍尼韋爾提供的。
在多個業務的加持下，霍尼韋爾不斷髮展。1995 年，由霍尼韋爾開始進軍計算機市場，併成功的研發出計算機系統 D-1000，並開始了計算機領域的壯大之路。霍尼韋爾曾是當時挑戰 IBM 的衆多公司之一，其他公司包括 Burroughs、Univac、NCR、Control Data Corporation，它們與霍尼韋爾被統稱爲 BUNCH。而後，霍尼韋爾退出了大型主機的市場。
十餘年後的霍尼韋爾再度進軍計算機，難免有點“不務正業”之嫌。
從目前的業務發展來看，霍尼韋爾的主要有四個經營業務部門——航空航天集團、智能建築科技集團、特性材料和技術集團、安全與生產力解決方案集團。
發展量子計算需要涵蓋原子物理、低溫學、激光、磁學和精密控制系統等多個領域的專業技術。霍尼韋爾董事長兼首席執行官杜瑞哲認爲，霍尼韋爾此前在多個工業領域的產品經驗幫助公司在這一前沿技術領域取得了進展。
霍尼韋爾在量子計算方面已經佈局了十餘年，五年前認真推出了計劃並低調研發。直到 2018 年，霍尼韋爾才宣佈了其量子計算能力。
到了 2019 年年底，霍尼韋爾宣佈和微軟合作，通過微軟的 Azure 量子服務，爲霍尼韋爾量子計算機提供雲接入服務。
而今，霍尼韋爾將推出量子計算機，恰恰是有了一個階段性成果。
02 三個月締造量子奇蹟
值得注意的是，早在2020年3月，霍尼韋爾就曾揚言，接下來的三個月內將推出全球性能最強的量子計算機。
如今距離霍尼韋爾立下目標剛好過去了三個月，而霍尼韋爾也兌現了之前的承諾，果真推出了目前“全球最強的量子計算機”H0。霍尼韋爾量子計算機負責人表示，其量子計算機使用了6個量子有效位，使其成爲了當前史上最強量子計算機。
霍尼韋爾公司透露了他們這臺超級計算機的情況，其主機是一個籃球大小、用不鏽鋼材質做的一個真空室。它的真空度大約在爲外太空的五分一（地球附近外太空大氣壓約爲爲10^-4pa），溫度約爲-263℃，內部，裏面主要安裝了一個硅芯片離子阱系統。真空室預留了一個激光接入口，用於方便外圍的控制系統使用激光操控真空室內離子阱系統上方懸浮帶正電荷的原子。
霍尼韋爾量子計算部門總裁託尼·烏特利(Tony Uttley)表示，隨着公司增加更多量子比特，霍尼韋爾H0的量子體積將從今天的64增至64萬。他說：“你可以將量子計算機想象成爲有很多座位的禮堂，現在我們正努力將座位填滿。”
烏特利還透露，霍尼韋爾正在開發名爲H1的系統，其性能將更優於H0。
與競爭對手的量子計算機相比，霍尼韋爾的設計另一個重大區別在於其量子計算機可以在中途改變計算，這種名爲「中路測量」的功能爲量子算法開闢了新的可能性。
霍尼韋爾預計，在自己的業務中使用量子計算機也會受益。烏特利表示，量子計算機將幫助該公司模擬對化學和材料科學有用的分子、執行對石油和天然氣行業有用的優化計算以及執行對航空航天有用的 AI 工作。
霍尼韋爾董事長兼首席執行官杜瑞哲認爲，量子計算能夠應對複雜的科學和商業挑戰，推動計算能力、運營成本和速度的逐步改進。由此，材料公司將探索新的分子結構；交通運輸公司將優化物流；金融機構將需要更快、更精確的軟件應用程序；製藥公司將加快新藥的研發……
據悉，霍尼韋爾量子部門表示，美國商業銀行摩根大通已經用上了這臺設備，該公司不僅對其讚不絕口，甚至連藉助量子計算機進行實驗的論文都已經寫好了。未來五年，霍尼韋爾量子計算機的量子體積將每年以一個數量級的速度增長，全球量子計算機領域或將產生一位實力強悍的霸主。
摩根大通把他們藉助霍尼韋爾量子計算機進行的實驗寫成了論文《Canonical Construction of Quantum Oracles》，並掛在了arXiv上。
03 靠不靠譜業界說
若是基於IBM建立的量子計算機衡量基準，霍尼韋爾的這臺量子計算系統確實已經達到了世界頂級水平。這可不是霍尼韋爾自封的，而是得出的結論。
IBM提出了一個專門表示量子計算機性能的指標——量子體積，並指出，該公司開發的量子計算設備的“量子體積”增長規律類似摩爾定律。IBM曾在官方網站上發文對“量子體積”概念進行了解釋。文章說，量子體積是一個衡量量子計算機性能的專用指標，其影響因素包括量子比特數、測量誤差、設備交叉通信及設備連接、電路軟件編譯效率等。量子體積越大，量子計算機性能就越強大，能解決的實際問題就越多。
這篇由IBM研究人員傑伊·甘貝塔和薩拉·謝爾登撰寫的文章還說，自2017年發佈量子體積爲4的設備“IBM Q 5 Tenerife”以來，IBM開發的量子計算設備的量子體積每年翻一番，這一增長規律與摩爾定律類似。
霍尼韋爾的量子計算機量子體積已經達到了64，並且稱，未來5年，他們產品的量子體積每年將以一個數量級的速度增長。
這臺量子計算機有6個有效的量子比特。在許多情況下，一個系統的有效量子比特數比系統中原始的或物理的量子比特數要少，因爲一些量子比特有可能丟失。但霍尼韋爾表示，由於其優越的系統設計，霍尼韋爾的計算機不會失去任何原始的量子比特，且將在一年之內得到至少10個有效量子比特，相當於1024的量子體積。
那麼，霍尼韋爾的這款量子計算機真有那麼神乎其神嗎？
先來看看，霍尼韋爾宣佈的內容。霍尼韋爾宣佈它實現的量子計算的量子容量爲64，是業界目前爲止最強的。據霍尼韋爾介紹，霍尼韋爾量子計算機的核心是一個籃球大小的超高真空。這個球體包含的真空粒子數量是外太空的1/5，由液態低溫冷卻，溫度僅比零度高出10華氏度---在這個溫度上，原子幾乎停止震動。
根據霍尼韋爾的解釋，在離子阱（一種覆蓋着1/4硬幣大小的金的硅芯片）內部，電場使單個原子懸浮在離子阱上方0.1毫米處。而科學家們則使用激光照射這些帶正電荷的原子來執行量子操作。
在霍尼韋爾的這些信息中，有幾個關鍵背景需要了解，其一是“量子體積”。其二是目前的主要量子計算各個公司的技術路線。其三是如何來衡量一個公司的量子能力。然後我們就能夠清晰地來判斷霍尼韋爾的這個宣佈。
關於“量子體積”。這個衡量量子計算機能力的參數指標是由IBM公司在2017年提出來的，此前業界對於一家公司的量子計算機能力衡量參數通常採用“量子比特”這個評判標準，它相對而言並不能完全反應出量子計算機能力的多維度。後來IBM提出了“量子體積”它的影響因素包括量子比特數、門和測量誤差、設備交叉通信、以及設備連接和電路編譯效率等。應該說“量子體積”比“量子比特”這個參數更科學地描述了量子計算機能力的高下。
關於“各個公司的量子計算機技術路線”。目前量子計算主要分爲固態器件（也可以稱之爲電學路線）和光學路線兩大類量子計算路線。IBM與谷歌所走的是超導量子計算路線，英特爾所走的是半導體量子技術路線，無論是超導還是半導體都屬於固態器件路線。所以谷歌、IBM、英特爾這三家公司屬於“固態器件路線派”。而離子阱也是就目前霍尼韋爾所走的技術路線則屬於的是“光學器件派”。也就是說霍尼韋爾與IBM、谷歌、英特爾等本來就分屬不同的技術路線。
光學路線的離子阱在相干時間上就有優勢，但是其可操控性上很弱，而且與經典計算很難實現兼容。所以包括IBM、英特爾、谷歌等都沒有選光學而是選擇了固態器件，目前世界上80%以上的量子計算都採用了固態器件的路線，因爲它有很好的工業基礎而且與經典計算能夠更好的融合，離子阱等光學路線更多是在科研上用的比較多。
儘管業界沒有對哪種技術路線未來會更成功給出定論，但是從與經典計算的兼容、從現有工藝與產業資源的成熟度等等綜合維度來看，固態器件都有明顯的優勢，這也就是爲什麼包括谷歌、IBM、英特爾等都選擇了該方向的技術路線進行探索的原因。
關於“如何衡量一個量子計算機的能力”。專家認爲“量子計算機解決一個實際問題所消耗的資源”是關鍵指標，也就是說“是騾子是馬”得拉出來到實際問題現場遛一遛才知高下。本源量子計算機公司副總經理張輝表示：“真正衡量量子計算能力是看用它來解決問題消耗的資源與經典計算相比，誰消耗的資源更小。”此前英特爾中國研究院院長宋繼強也提及此觀點，衡量量子計算機的能力高下要看，究竟解決了什麼問題，消耗了多少資源。
基於這幾個信息，我們來分析這次霍尼韋爾的成果。張輝認爲，霍尼韋爾稱其量子體積得分64，從離子阱路線來看做到這個參數是一個進步。但說它有世界上最快量子計算機其實有炒作的意味。因爲現在沒有看到霍尼爾韋爾用它解了這個世界的任何問題，而此前谷歌宣佈的量子突破，好歹是解了一個數學的問題，真正衡量量子計算能力是看用它來解決問題消耗的資源與經典計算相比，誰消耗的資源更小。目前未看到霍尼韋爾能解決任何問題的報道，也不知道用它來解決問題。“也不完全能用量子體積來將霍尼韋爾與IBM進行比較，兩者本來就屬於不同的技術路線，某種意義上看，霍尼韋爾在偷換概念，炒作意味更濃吧。”張輝說。
IBM公司在2019年9月宣佈了53個量子位的量子計算機，並宣佈該公司的量子計劃現在還支持與商業客戶、學術機構和研究實驗室的80個合作伙伴關係。其中一些已經開始使用可用的機器來解決實際問題，應該說是目前在商業路徑上走的最快的公司之一。
儘管沒有看到霍尼韋爾的解題成果，但霍尼韋爾宣佈，其量子計算機成功推出後正計劃將其能力用於商業比如租借給其他公司，而且這項服務每小時的成本可能在1萬美元左右雖然霍尼韋爾沒有透露已經有多少客戶簽約使用其量子計算機但他們承認已經與摩根大通簽訂了合同。摩根大通的量子專家團隊可能會使用霍尼韋爾的機器進行巨型計算比如建立防欺詐檢測模型。而且也將通過微軟的雲計算平臺來提供量子服務。
目前，全球的量子計算都尚屬於起步階段，此前英特爾副總裁、中國區總裁楊旭表示，全球的量子計算是一場馬拉松，現在纔剛剛跑出去200米，究竟誰快誰慢，下結論還太早。
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