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(yuǎn)，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(wù)院印發(fā)了《關(guān)于全面加強基礎(chǔ)科學(xué)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(xué)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(xué)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(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。”

　　1947 年 12 月 23 日，貝爾實驗室成功演示了第一個基于鍺半導(dǎo)體的具有放大功能的點接觸式晶體管，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(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(yīng)，粒子迅速穿越勢壘——在勢壘一邊平動的粒子，當(dāng)動能小于勢壘高度時，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)典計算面臨的現(xiàn)實問題。

　　清華大學(xué)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(xué)習(xí)機器。量子計算也為經(jīng)典計算導(dǎo)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(wù)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(xué)領(lǐng)域的“軍備競賽”。

　　阿里：達摩院主導(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(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算的堅定投入。施堯耘，密歇根大學(xué)終身教授，師從計算機科學(xué)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(xué)家;馬里奧·塞格德(Mario Szegedy)，匈牙利裔美國計算機科學(xué)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(xué)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”。“太章”在世界上率先成功模擬了 81(9×9)比特 40 層的作為基準(zhǔn)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(dǎo)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(wù)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(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))，首個量子糾錯電路模擬器云服務(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?？商崆皹?gòu)建量子云用戶和應(yīng)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(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算研究所，開展量子計算軟件和信息技術(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(wù)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(xué)計算機系，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(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「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(wù)中。

　　騰訊：招兵買馬，量子實驗室初步成立

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

　　雷鋒網(wǎng)了解到，騰訊量子實驗室是一個獨立實驗室，和其他企業(yè)對于量子計算的籌備相近，騰訊量子實驗室既需要承擔(dān)研究工作，同時也需要尋找騰訊自身業(yè)務(wù)與量子計算的結(jié)合點。

　　總結(jié)

　　量子計算逐漸走出實驗室，但是距離實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算的研究也處于起步階段，更多是在部分領(lǐng)域進行研究，阿里和華為由于重視基礎(chǔ)研究，在量子計算的預(yù)研領(lǐng)先至少一個身位，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)，量子計算還沒蹚過技術(shù)關(guān)，工程和系統(tǒng)集成方面量子計算仍需要持續(xù)不斷的資金和人力投入，來去搏得下一個計算時代的黎明。
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