量子計(jì)算還需十年冷板凳 “BATH”提前大搞軍備競賽？

“板凳要坐十年冷，文章不寫一句空”，在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的研究更是如此，對于量子計(jì)算領(lǐng)域來說，十年不只是個(gè)虛數(shù)，英特爾實(shí)驗(yàn)室主管Mike Mayberry就表示，在真正可行的量子計(jì)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(shí)代?！?/p>

量子計(jì)算：70年前的晶體管

即便量子計(jì)算目前還不成熟，甚至可以說是相距甚遠(yuǎn)，但量子計(jì)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(jī)構(gòu)乃至國家都如此重視的原因。

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

2015年時(shí)任阿里巴巴集團(tuán)首席技術(shù)官的王堅(jiān)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(jì)算。量子信息科技浪潮，將對云計(jì)算產(chǎn)生革命性影響，真正為人類提供沒有限制的計(jì)算能力。從追隨者成為引領(lǐng)者，這是每一個(gè)科技公司的偉大機(jī)遇?！?/p>

1947年12月23日，貝爾實(shí)驗(yàn)室成功演示了第一個(gè)基于鍺半導(dǎo)體的具有放大功能的點(diǎn)接觸式晶體管，開啟了半導(dǎo)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(jì)最重要的發(fā)明之一，量子計(jì)算的地位相當(dāng)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(jì)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(jì)算能力就少見大幅提升，因此被戲稱為“擠牙膏”，英特爾當(dāng)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(jì)算能力的提升，而且目前計(jì)算能力夠用，英特爾也不想遭遇壟斷訴訟，在計(jì)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(jìn)。

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(jìn)一步縮短晶體硅的柵長，會(huì)發(fā)生隧穿效應(yīng)，粒子迅速穿越勢壘——在勢壘一邊平動(dòng)的粒子，當(dāng)動(dòng)能小于勢壘高度時(shí)，按照經(jīng)典力學(xué)，粒子是不可能越過勢壘的；而對于微觀粒子，量子力學(xué)卻證明它仍有一定的概率貫穿勢壘，這也是經(jīng)典計(jì)算面臨的現(xiàn)實(shí)問題。

清華大學(xué)交叉信息研究院院長、圖靈獎(jiǎng)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(xué)習(xí)機(jī)器。量子計(jì)算也為經(jīng)典計(jì)算導(dǎo)致的計(jì)算瓶頸帶來了曙光，量子計(jì)算相對今天的基于0和1比特的經(jīng)典計(jì)算，是一種基于量子比特的革命性新型計(jì)算技術(shù)

如果用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來表示N個(gè)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。基于量子疊加和糾纏的量子門操作，能夠?yàn)楹芏嘤?jì)算任務(wù)帶來指數(shù)級的加速，分解一個(gè)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(jì)算機(jī)只需要幾秒。

量子計(jì)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(jì)算的基石，我們耳熟能詳?shù)捻敿壒径家呀?jīng)布局量子計(jì)算，激烈程度不亞于一場基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的“軍備競賽”。

阿里：達(dá)摩院主導(dǎo)，國內(nèi)最早布局

阿里是國內(nèi)企業(yè)最早布局量子計(jì)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(jì)算，與中科院成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開展量子信息科學(xué)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(jì)算的堅(jiān)定投入。施堯耘，密歇根大學(xué)終身教授，師從計(jì)算機(jī)科學(xué)最高獎(jiǎng)「圖靈獎(jiǎng)」得主姚期智院士，現(xiàn)任阿里云首席量子技術(shù)科學(xué)家；馬里奧?塞格德（Mario Szegedy），匈牙利裔美國計(jì)算機(jī)科學(xué)家，兩次理論計(jì)算機(jī)最高獎(jiǎng)哥德爾獎(jiǎng)得主，于今年年初加盟達(dá)摩院。

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

今年5月，達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室推出世界最強(qiáng)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(zhǔn)的隨機(jī)量子電路，之前達(dá)到這個(gè)層數(shù)的模擬器只能處理49比特。

今年云棲大會(huì)上，達(dá)摩院宣布著手超導(dǎo)量子芯片和量子計(jì)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(dòng)量子硬件研發(fā)項(xiàng)目的大型科技企業(yè)。在國內(nèi)率先進(jìn)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(jì)算研究

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

業(yè)界領(lǐng)先的量子計(jì)算模擬云服務(wù)：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(wù)），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(wù)），首個(gè)量子糾錯(cuò)電路模擬器云服務(wù)（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(jì)算模擬器是量子計(jì)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(shí)，新增兩個(gè)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?？商崆皹?gòu)建量子云用戶和應(yīng)用生態(tài)。

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

百度：成立研究所，確定五年一流目標(biāo)

今年3月份，百度宣布成立量子計(jì)算研究所，開展量子計(jì)算軟件和信息技術(shù)應(yīng)用業(yè)務(wù)研究，悉尼科技大學(xué)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(jì)算研究所所長，直接向百度總裁張亞勤匯報(bào)。百度計(jì)劃在五年內(nèi)組建世界一流的量子計(jì)算研究所，并逐步將量子計(jì)算融入到業(yè)務(wù)中。

此前報(bào)道，段潤堯本科和博士均就讀于清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系，師從應(yīng)明生教授，系悉尼科技大學(xué)終身教授，澳大利亞研究理事會(huì)（ARC）Future Fellow，自 2016 年 9 月 15 日起擔(dān)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(dòng)「百度量子、量子百度」的研究規(guī)劃，計(jì)劃在五年內(nèi)組建世界一流的量子計(jì)算研究所，并逐步將量子計(jì)算融入到百度業(yè)務(wù)中。

騰訊：招兵買馬，量子實(shí)驗(yàn)室初步成立

2017年12月由騰訊SNG主辦的TSAIC大會(huì)上，香港中文大學(xué)計(jì)算機(jī)系任副教授張勝譽(yù)正式以騰訊量子實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、杰出科學(xué)家的身份現(xiàn)身并發(fā)表演講，這也是騰訊量子實(shí)驗(yàn)室的首度對外亮相，彼時(shí)騰訊量子實(shí)驗(yàn)室也是剛剛成立，還處在招兵買馬的階段。

了解到，騰訊量子實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室，和其他企業(yè)對于量子計(jì)算的籌備相近，騰訊量子實(shí)驗(yàn)室既需要承擔(dān)研究工作，同時(shí)也需要尋找騰訊自身業(yè)務(wù)與量子計(jì)算的結(jié)合點(diǎn)。

總結(jié)

量子計(jì)算逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，但是距離實(shí)用階段仍有非常大的挑戰(zhàn)，阿里、華為、百度和騰訊對于量子計(jì)算的研究也處于起步階段，更多是在部分領(lǐng)域進(jìn)行研究，阿里和華為由于重視基礎(chǔ)研究，在量子計(jì)算的預(yù)研領(lǐng)先至少一個(gè)身位，阿里的布局比華為更早，在軟硬件的準(zhǔn)備也更全面。

言而總之，從硬件、軟件到算法，到系統(tǒng)，量子計(jì)算還沒蹚過技術(shù)關(guān)，工程和系統(tǒng)集成方面量子計(jì)算仍需要持續(xù)不斷的資金和人力投入，來去搏得下一個(gè)計(jì)算時(shí)代的黎明。