預(yù)計(jì)到2050年量子計(jì)算機(jī)會(huì)有望創(chuàng)造出8500億美元的利潤

量子計(jì)算機(jī)(quantum computer)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)主要有運(yùn)行速度較快、處置信息能力較強(qiáng)、應(yīng)用范圍較廣等。與一般計(jì)算機(jī)比較起來，信息處理量愈多，對于量子計(jì)算機(jī)實(shí)施運(yùn)算也就愈加有利，也就更能確保運(yùn)算具備精準(zhǔn)性。

2021年2月8日，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科技成果轉(zhuǎn)化平臺(tái)合肥本源量子科技公司，發(fā)布具有自主知識產(chǎn)權(quán)的量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)“本源司南”。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年6月9日，英國國防部宣布，獲得政府首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。

2022年8月25日，百度發(fā)布集量子硬件、量子軟件、量子應(yīng)用于一體的產(chǎn)業(yè)級超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“乾始”。

最早提出量子計(jì)算機(jī)的人，離世了。85歲的俄羅斯數(shù)學(xué)家尤里·曼寧(Yuri Manin)的人生故事，永遠(yuǎn)終止在了2023年1月7日這天。這一消息震動(dòng)數(shù)學(xué)界。羅格斯大學(xué)教授Alex Kontorovich表示悲痛：“他是20~21世紀(jì)數(shù)學(xué)界的巨人”UC伯克利數(shù)學(xué)教授Edward Frenkel將其形容為“給數(shù)學(xué)和物理領(lǐng)域帶來巨大影響的杰出數(shù)學(xué)家”：

當(dāng)我還是個(gè)十幾歲的孩子時(shí)，他的作品就已經(jīng)在影響我了。對于外界來說，尤里·曼寧這個(gè)名字似乎略為陌生。相比菲爾茲獎(jiǎng)得主、或是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，他生前并不以解決數(shù)學(xué)重大猜想出名，涉獵領(lǐng)域也遠(yuǎn)非“專一”可形容。

然而，他的學(xué)生中卻出現(xiàn)了至少2個(gè)菲爾茲獎(jiǎng)得主。他提出量子計(jì)算機(jī)概念的時(shí)間，比理論物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主費(fèi)曼早了整整一年。他對數(shù)學(xué)領(lǐng)域究竟產(chǎn)生了怎樣的影響，又何以成為數(shù)學(xué)天才們的“啟蒙者”?“解決問題不是看待數(shù)學(xué)的方式”作為一名數(shù)學(xué)家，尤里·曼寧因提出“量子計(jì)算機(jī)”這一物理裝置概念為大眾所熟悉。

他在著作《可計(jì)算和不可計(jì)算》(Computable and uncomputable)中指出，基于基本量子力學(xué)現(xiàn)象做出來的量子計(jì)算機(jī)，才能更有效地模擬量子力學(xué)。看起來是數(shù)學(xué)到物理的跨領(lǐng)域突破。然而對于尤里·曼寧來說，將數(shù)學(xué)和物理等領(lǐng)域結(jié)合起來、從一個(gè)更廣闊的視角看待問題，才是他研究的常態(tài)。。

這種常態(tài)，在日后被逐漸印證為是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一大前進(jìn)方向——從物理學(xué)領(lǐng)域獲得靈感并提出數(shù)學(xué)猜想，再從數(shù)學(xué)角度嘗試對其正確性進(jìn)行證明。將物理學(xué)中著名的楊-米爾斯理論數(shù)學(xué)化，就是曼寧的成就之一。這一理論最初被物理學(xué)家楊振寧和羅伯特·米爾斯提出，如今以數(shù)學(xué)角度探索它的價(jià)值，又進(jìn)一步拓寬出新的理論和猜想。除此之外，他還涉獵辛幾何、雙有理幾何、代數(shù)拓?fù)涞纫槐婎I(lǐng)域的研究，在這些領(lǐng)域中做出了不少奠基性的貢獻(xiàn)。

近日，本源量子發(fā)布國內(nèi)首個(gè)支持量子計(jì)算機(jī)和超級計(jì)算機(jī)“協(xié)同學(xué)習(xí)”的量子機(jī)器學(xué)習(xí)框架——VQNet 2.0，該框架與量子計(jì)算操作系統(tǒng)“本源司南”深度結(jié)合，首次支持同時(shí)調(diào)度量子和經(jīng)典計(jì)算資源進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練與預(yù)測。

通過積累客戶的語音資料不斷自動(dòng)改進(jìn)機(jī)器語音識別能力、積累客戶的駕駛數(shù)據(jù)不斷改進(jìn)機(jī)器自動(dòng)駕駛能力……當(dāng)今社會(huì)，人類生活許多方面都不斷被“機(jī)器學(xué)習(xí)”技術(shù)所影響。隨著數(shù)據(jù)量的急劇增加，研究者開始引入更強(qiáng)大的量子算力進(jìn)行“機(jī)器學(xué)習(xí)”。但是，現(xiàn)有的方法只能讓經(jīng)典計(jì)算機(jī)或量子計(jì)算機(jī)分別“單獨(dú)學(xué)習(xí)”，而不能讓兩者高效“協(xié)同學(xué)習(xí)”。

“自動(dòng)駕駛的研究者可以使用這一新框架，開發(fā)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域支持‘量超協(xié)同學(xué)習(xí)’的新算法，加快訓(xùn)練速度;自然語言處理的研究者也可用其開發(fā)支持‘量超協(xié)同學(xué)習(xí)’的新算法，提高算法對語言的理解能力……”安徽省量子計(jì)算工程研究中心副主任竇猛漢介紹，這一新框架使量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)的“協(xié)同作戰(zhàn)”能力再進(jìn)一步，有力推動(dòng)我國各行業(yè)經(jīng)典算力和量子新算力的協(xié)同應(yīng)用落地，使中國制造更具智能化和競爭力。

據(jù)中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)量子計(jì)算專業(yè)組執(zhí)行委員賀瑞君介紹，目前國際上許多科研團(tuán)隊(duì)正致力攻關(guān)量子計(jì)算與超級計(jì)算機(jī)融合。歐洲多個(gè)超算中心已開展了“量子-經(jīng)典”計(jì)算協(xié)同系統(tǒng)的研發(fā)。法國政府啟動(dòng)全國量子計(jì)算平臺(tái)，將以超大型計(jì)算中心(TGCC)為載體，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和量子計(jì)算機(jī)交互操作。

量子計(jì)算機(jī)(quantum computer)是一種使用量子邏輯進(jìn)行通用計(jì)算的裝置。不同於電子計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算用來存儲(chǔ)資料的對象是量子位元，它使用量子演算法來進(jìn)行資料操作量子力學(xué)的誕生深刻地改變了人類社會(huì):在20世紀(jì)推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展的核能、激光、半導(dǎo)體等高科技，都是源于量子力學(xué)。然后，自然界是否確實(shí)按照量子理論的規(guī)律運(yùn)行?以愛因斯坦為代表的一方始終認(rèn)定量子力學(xué)不是完備的理論，"上帝是不會(huì)玩骰子的"，而以哥本哈根學(xué)派領(lǐng)袖玻爾為代表的另一方則堅(jiān)信量子理論的正確性。

在近百年的學(xué)術(shù)爭論中，影響最大的就是薛定諤(1935年)提出的所謂"薛定諤貓"佯謬和愛因斯坦等人(1935年)提出的EPR佯謬。薛定諤設(shè)想在一個(gè)封閉盒子里面有個(gè)放射源，它在每一秒時(shí)間內(nèi)以1/2幾率放射出一個(gè)粒子。換句話說，按照量子力學(xué)的疊加性原理，一秒鐘后體系處于無粒子態(tài)和一個(gè)粒子態(tài)的等幾率幅疊加態(tài)。一旦粒子發(fā)射出來，它將通過一個(gè)巧妙的傳動(dòng)機(jī)將毒藥瓶打開，毒氣釋放后會(huì)導(dǎo)致盒子里面的一只貓立刻死亡。當(dāng)然，如果無粒子的發(fā)射，這一切均不會(huì)發(fā)生，貓仍然活著。接下來要問:一秒鐘后盒子里的貓是死還是活?既然放射性粒子是處于零和1的疊加態(tài)，那么這只貓理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加態(tài)。這只似死似活、半死半活的貓就是著名的"薛定諤貓"。

美國波士頓咨詢公司之前發(fā)布了一份數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2050年量子計(jì)算機(jī)會(huì)有望創(chuàng)造出8500億美元的利潤。而日本網(wǎng)站也在一篇報(bào)道中指出說，未來30年量子計(jì)算機(jī)的市場價(jià)值有1萬億美元。