量子計算需熬十年冷 “BATH”提前大搞軍備競賽？

本文作者：張帥

2018-10-17 18:53

導語：量子計算相當于下一個計算時代入口，阿里、華為、百度和騰訊是否愿意花費巨大賭一個未來？

“板凳要坐十年冷，文章不寫一句空”，在基礎(chǔ)科學領(lǐng)域的研究更是如此，對于量子計算領(lǐng)域來說，十年不只是個虛數(shù)，英特爾實驗室主管Mike Mayberry就表示，在真正可行的量子計算出現(xiàn)之前，大型科技公司之間還將迎來“為期十年的競賽，我們現(xiàn)在還處于‘玩具系統(tǒng)’時代?！?/p>

量子計算：70年前的晶體管

即便量子計算目前還不成熟，甚至可以說是相距甚遠，但量子計算仍如海平面下的冰山，有太多太多的可能性尚待發(fā)掘，這也是頂級科技企業(yè)、科研機構(gòu)乃至國家都如此重視的原因。

今年年初國務院印發(fā)了《關(guān)于全面加強基礎(chǔ)科學研究的若干意見》，文件提到，與世界科技強國相比，我國基礎(chǔ)科學研究短板依然突出，故此，文件中提出「優(yōu)化國家科技計劃基礎(chǔ)研究支持體系」，其中包括與量子計算機、腦科學相關(guān)的「科技創(chuàng)新 2030—重大項目」，還表明支持北京、上海建設具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心，阿里和中國科學院聯(lián)合成立的“中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室”就落在上海。

2015年時任阿里巴巴集團首席技術(shù)官的王堅就表示：“如果要在如今的前瞻技術(shù)中選擇，我一定選擇量子計算。量子信息科技浪潮，將對云計算產(chǎn)生革命性影響，真正為人類提供沒有限制的計算能力。從追隨者成為引領(lǐng)者，這是每一個科技公司的偉大機遇?！?/p>

1947年12月23日，貝爾實驗室成功演示了第一個基于鍺半導體的具有放大功能的點接觸式晶體管，開啟了半導體產(chǎn)業(yè)序幕，也深刻影響到如今，毫不夸張的說，晶體管絕對是20世紀最重要的發(fā)明之一，量子計算的地位相當于70年前的晶體管，也是影響未來數(shù)十年的革命技術(shù)。

“擠牙膏”的經(jīng)典計算

如果對英特爾不陌生的話，不難發(fā)現(xiàn)從2013年英特爾處理器的計算能力就少見大幅提升，因此被戲稱為“擠牙膏”，英特爾當然也不是想“擠牙膏”，制程工藝等限制決定了英特爾不能保持每年大幅計算能力的提升，而且目前計算能力夠用，英特爾也不想遭遇壟斷訴訟，在計算能力的提升和商業(yè)變現(xiàn)的平衡中，英特爾選擇了每年產(chǎn)品線只有7-8%的改進。

雷鋒網(wǎng)專欄作者鐵流此前評述，隨著制造工藝發(fā)展到7nm，如果要進一步縮短晶體硅的柵長，會發(fā)生隧穿效應，粒子迅速穿越勢壘——在勢壘一邊平動的粒子，當動能小于勢壘高度時，按照經(jīng)典力學，粒子是不可能越過勢壘的；而對于微觀粒子，量子力學卻證明它仍有一定的概率貫穿勢壘，這也是經(jīng)典計算面臨的現(xiàn)實問題。

清華大學交叉信息研究院院長、圖靈獎獲得者、中科院院士姚期智近日表示，量子人工智能可能是未來的終極學習機器。量子計算也為經(jīng)典計算導致的計算瓶頸帶來了曙光，量子計算相對今天的基于0和1比特的經(jīng)典計算，是一種基于量子比特的革命性新型計算技術(shù)

如果用經(jīng)典計算機來表示N個量子比特表示的數(shù)據(jù)，就需要2^N次方倍的內(nèi)存開銷，比如表示50量子比特的系統(tǒng)，需要2^50倍的經(jīng)典內(nèi)存開銷?；诹孔盈B加和糾纏的量子門操作，能夠為很多計算任務帶來指數(shù)級的加速，分解一個300位的大數(shù)，今天的超算大約需要15萬年，而如果用量子計算機只需要幾秒。

量子計算這種指數(shù)級增加的超級算力，有可能成為未來AI和云計算的基石，我們耳熟能詳?shù)捻敿壒径家呀?jīng)布局量子計算，激烈程度不亞于一場基礎(chǔ)科學領(lǐng)域的“軍備競賽”。

阿里：達摩院主導，國內(nèi)最早布局

阿里是國內(nèi)企業(yè)最早布局量子計算，也是目前最接近國際水平的企業(yè)。2015年阿里就開始布局量子計算，與中科院成立聯(lián)合實驗室，開展量子信息科學領(lǐng)域的前瞻性研究。

近兩年，兩位大牛的加入也顯示出阿里對量子計算的堅定投入。施堯耘，密歇根大學終身教授，師從計算機科學最高獎「圖靈獎」得主姚期智院士，現(xiàn)任阿里云首席量子技術(shù)科學家；馬里奧?塞格德（Mario Szegedy），匈牙利裔美國計算機科學家，兩次理論計算機最高獎哥德爾獎得主，于今年年初加盟達摩院。

2017年10月，阿里巴巴前沿與基礎(chǔ)科學研究機構(gòu)達摩院成立，量子計算成為大名鼎鼎的達摩院核心研究方向之一。

今年5月，達摩院量子實驗室推出世界最強量子模擬器“太章”?！疤隆痹谑澜缟下氏瘸晒δM了81（9×9）比特40層的作為基準的隨機量子電路，之前達到這個層數(shù)的模擬器只能處理49比特。

今年云棲大會上，達摩院宣布著手超導量子芯片和量子計算系統(tǒng)的研發(fā)。這使阿里巴巴成為繼IBM、微軟、谷歌和英特爾之后，全球第五家啟動量子硬件研發(fā)項目的大型科技企業(yè)。在國內(nèi)率先進入軟硬件兼?zhèn)涞娜鉀Q方案狀態(tài)。

華為：邁出第一步，使能量子計算研究

剛剛落幕的華為全聯(lián)接大會期間，華為正式發(fā)布量子計算模擬器HiQ云服務平臺，共有二項重大成果發(fā)布。

業(yè)界領(lǐng)先的量子計算模擬云服務：包含分布式全幅度模擬器（云上最大可提供42量子比特模擬服務），分布式單幅度模擬器（云上最大可提供169量子比特模擬服務），首個量子糾錯電路模擬器云服務（可模擬數(shù)萬級量子比特電路，性能優(yōu)于同類開源模擬器CHP的5-15倍）。量子計算模擬器是量子計算軟硬件和算法研究的基礎(chǔ)使能技術(shù)。

首發(fā)量子編程框架：兼容開源框架ProjectQ的同時，新增兩個圖形用戶界面量子電路編排GUI（Graphical User Interface）與混合編排BlockUI（Block User Interface），使經(jīng)典-量子混合編程更加簡單和直觀。可提前構(gòu)建量子云用戶和應用生態(tài)。

雷鋒網(wǎng)了解到，華為將基于本次發(fā)布的量子計算模擬和編程框架云平臺，不斷的加入新的成果和內(nèi)容，使之成為一個長期的量子計算研究創(chuàng)新、教育普及、人才培養(yǎng)的使能基礎(chǔ)平臺，配合量子計算開源活動，普惠廣大量子計算研究者、老師、學生和開發(fā)者

百度：成立研究所，確定五年一流目標

今年3月份，百度宣布成立量子計算研究所，開展量子計算軟件和信息技術(shù)應用業(yè)務研究，悉尼科技大學量子軟件和信息中心創(chuàng)辦主任段潤堯教授出任百度量子計算研究所所長，直接向百度總裁張亞勤匯報。百度計劃在五年內(nèi)組建世界一流的量子計算研究所，并逐步將量子計算融入到業(yè)務中。

雷鋒網(wǎng)此前報道，段潤堯本科和博士均就讀于清華大學計算機系，師從應明生教授，系悉尼科技大學終身教授，澳大利亞研究理事會（ARC）Future Fellow，自 2016 年 9 月 15 日起擔任量子軟件和信息中心創(chuàng)辦主任。段潤堯表示，他將全力推動「百度量子、量子百度」的研究規(guī)劃，計劃在五年內(nèi)組建世界一流的量子計算研究所，并逐步將量子計算融入到百度業(yè)務中。