作者:赵广立 来源:中国科学报 发布时间:2018/3/15 9:32:45
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四问“热闹的量子计算”

 

量子计算机的研制、开发和应用是一个重大但同时又涉及多领域交叉的大事情,需要不同学科、不同产业方向间的融合与协作。

■本报记者 赵广立

量子计算领域越来越热闹了。

3月8日,百度公司宣布成立量子计算研究所,开展量子计算软件和信息技术应用业务等研究,悉尼科技大学量子软件和信息中心创始主任段润尧出任所长,直接向百度总裁张亚勤汇报。这是继2017年9月密歇根大学终身教授施尧耘正式加入阿里巴巴担任阿里云首席量子技术科学家、2017年12月香港中文大学计算机系副教授张胜誉正式出任腾讯量子实验室杰出科学家之后,BAT三大互联网巨头在又一重大新兴科技前沿布局中的“再聚首”。

竞争新赛道?更应强调合作

据公开报道,百度计划在五年内组建世界一流的量子计算研究所,并逐步将量子计算融入到业务中。联想到2017年初牛津大学量子计算博士葛凌以腾讯欧洲首席代表身份加入腾讯——这被视为腾讯布局量子计算的开端,在业界看来,BAT已开始在量子计算这个新赛道展开新一轮比拼。

不过,阿里巴巴的行动比其他两家“抢跑”很多。早在2015 年,阿里巴巴就开始布局量子计算,并与中科院合作成立了亚洲首个量子计算实验室,开展在量子信息科学领域的前瞻性研究,探索超越经典计算机的下一代超快计算技术。

阿里巴巴也只是步人后尘。在量子计算尚未露出“尖尖角”之时,早有谷歌、IBM、微软等国际企业“立上头”。并且,近日量子计算圈里更是被“谷歌发布全球首个72量子比特通用量子计算机”的消息刷屏(编者注:据报道,微软亦将在年内披露量子技术“里程碑式的重大突破”)。尽管从公开信息上还看不到任何具体内容,“72量子比特”“通用”等字眼还是在传播中被放在最显眼的位置。

量子计算是否是各巨头开辟的新战场?《中国科学报》记者就此分别向段润尧、张胜誉、施尧耘提问。除段润尧向记者表示自己新入职百度现阶段不太方便公开回应媒体之外,张胜誉明确回应记者说,“我个人认为这个领域尚处于研发非常早期的阶段,应该多强调合作”;施尧耘虽未正面回应记者,但他表示“现在还在起步阶段,埋头做事为要”,并且他也在过往的公开活动中清晰表达过希望“不同领域的科学家与量子计算的人士合作”的观点。

量子计算现阶段或许不应过多强调竞争。中国科技大学教授、中科院量子信息重点实验室半导体量子芯片项目首席科学家郭国平告诉《中国科学报》记者,量子计算机的研制、开发和应用是一个重大但同时又涉及多领域交叉的大事情,需要不同学科、不同产业方向间的融合与协作,“合作互补非常关键”。

理论无障碍?工程难题更难解

量子计算机近年来声名鹊起,多少让一些人感到意外。特别是在量子计算的可行性被质疑长达几十年后,全世界范围内忽然掀起了这波对于量子计算的追逐狂潮。人们一边翘首以盼量子计算机能够研制成功,一边担心现有的保密系统会被量子计算机轻而易举地摧毁。对此,施尧耘感叹:“……大规模的量子计算机还没有出现。但有意思的是,在它还没有出现的时候,影响就已经真实发生了。”

不过,现阶段量子计算界还停留在关注量子计算机如何实现的问题上。

“量子计算机从理论上来说或许不存在根本性的障碍,但具体实现上有很多技术和工程难题,比如量子相干性的保持与量子比特的操控和集成之间的平衡问题,量子测控系统和量子芯片的互联和自适应问题,量子比特的纠错与容错,以及更多量子算法和量子软件的开发问题等。”郭国平对记者说,这些看似工程技术性质的问题,倒过来其实可能又需要从基本理论方面进行创新才能解决。

“量子计算机的研制和开发既包括基础原理的研究和论证,也需要大量的工程技术积累。并且随着时间的推移,工程技术工作所占的比率和重要性会迅速增大。”郭国平说。

张胜誉也向《中国科学报》记者表示,量子计算机尽管理论上没有“原则上的障碍”,剩下的也主要是“工程工艺的问题”,但这些问题“绝不容易”。他也提到,量子计算机不同的实现方案难点虽说各不相同,但也有一些共同问题,比如克服噪声,如何精准控制量子比特等。这与郭国平提到的难题几乎一致。

正如人们所知,如果可以实现,量子计算机的强大之处在于,每增加一个逻辑比特控制,量子计算机的计算能力将会得到指数级的提升。而问题在于,为了保持体系的稳定性(量子相干性),增加一个与全局量子比特相干的新量子比特的难度也不是线性的,而是指数级的。

尽管难于登天,但从当前可获得的信息来看,在解决类似工程难题的道路上,国外巨头或科研团队的确先行一步。

争夺“量子霸权”?应译作“量子优势”

在回应记者提出“如何评价谷歌日前发布了72量子比特量子计算机?如何看待外界对‘谷歌5年内或出现与量子计算相关的商用小型设备’的推断?”等问题时,郭国平对记者表示,现阶段我们应“清醒认识到国外的高速发展以及与他们差距的扩大化”。

施尧耘向记者列举了一些量子计算领域“世界水平的代表”。他提供的名单里几乎全部来自美国,其中包括D-wave团队、谷歌、IBM、微软、耶鲁大学Schoelkopf领衔的实验室、美国马里兰大学Chris Monroe团队以及荷兰代尔夫特理工大学等。这其中,被误译作“量子霸权”的“quantum supremacy”就是谷歌公司率先提出的。

郭国平认为,即使5年之内谷歌没能推出完美的通用量子计算机,“(推出)一些有实际价值的量子相关设备和仪器也是很有可能的”。

不过,国外在研究上的领先并不是为了抢占“量子霸权”。事实上,如果将“quantum supremacy”理解为谷歌制造出通用的量子计算机就算是占据了量子计算领域的“霸权地位”,那就大错特错了。

在谷歌的语境里,只要其设计研制的量子计算机能模拟50个量子比特构成的网络,就算打败“最多只能模拟42个量子比特构成的网络”的超级计算机Edison。谷歌认为,这个实验会是一次证据确凿的“quantum supremacy”。简单来说,一台量子计算机能比经典计算机更好地解决一个特定计算问题,就说明这台量子机具有“quantum supremacy”。在这个语境下,该词组最好翻译成“量子优势”。

“中文翻译‘霸权’中的霸道其实有点误导,可能翻译成‘量子优势’更加确切一些。”张胜誉也这样告诉记者,无论如何翻译,这个词只和计算理论相关,是量子计算和经典计算的比较,与任何具体国家或者企业无关。

如何推动研制效率?协调攻关

面对中国在量子计算机相关理论研究和技术攻关方面落后别人不止一个身位、BAT等大企业不失时机地纷纷涉足的形势,郭国平有自己的看法:“企业的介入,或者确切地说工程技术团队与基础科学研究团队共同工作、协调攻关,将极大地推动量子计算机的研制速度和效率。”

企业的介入方面,BAT专门设立量子计算研究部门就显示出了极大的支持。以腾讯为例,张胜誉告诉记者,公司给予了量子实验室很大的支持和信任。“一方面公司给了我们很大的自由度来探索,另一方面,公司管理层也和实验室共同探索和研判。同时,公司很多业务部门和我们也有丰富的交流。”

不过,郭国平认为,量子计算这个战略给中国的时间不会太多,我们必须尽快进行合理的战略部署。

“理想模式应该是政府牵头引导,企业为主攻关,科研院所参加,资方辅助监督,市场检查评价。”郭国平向记者表示,量子计算机的研制、开发和应用是个意义重大的新型战略领域和科学技术工程,需要多方协同努力,若只靠单方面的努力,无论是政府、企业或者资本方都不一定能取得良好的效果。

“我们要充分发挥我国集中力量办大事的优势,集合产学研和政府的力量联合攻关,尽可能多地开发和掌握量子计算机研制、应用涉及的软硬件核心专利技术,争取获得下一代信息技术产业发展更多的话语权。”郭国平最后说道。

《中国科学报》 (2018-03-15 第6版 前沿)
 
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