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从IBM之旅看量子计算的未来 | 腾讯量子科学家张胜誉点评

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发表于 2019-3-20 09:18:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
生活圈制作
过去一年,除了AI、5G和物联网,人们谈论最多的恐怕就是量子计算技术了。今天的文章,作者是美国知名商业作家Greg Satell。他在对IBM、Google等公司进行长期研究后发现,悲观主义者对量子计算技术的担忧并不成立,在未来5-10年,该技术将对世界产生变革性影响。

我们究竟应该以怎样的态度面对量子计算技术,乐观还是悲观,观望还是拥抱?针对文章提到的问题,我们问了问腾讯杰出科学家、量子实验室负责人张胜誉老师,他点评道:

从IBM之旅看量子计算的未来 | 腾讯量子科学家张胜誉点评

从IBM之旅看量子计算的未来 | 腾讯量子科学家张胜誉点评


说到量子计算,人们通常会谈及在密码、优化、材料模拟、组合计算等方面的优势及巨大的潜在市场,我们甚至不时会看到一些脱离科学事实的夸张宣传。但另一方面,硬件稳步而缓慢的发展又让人们怀疑真正大规模量子计算机何时到来,倾全球如此多的睿智和财力长期投入是否值得。这篇文章提到了悲观和乐观两种情绪,缓慢和迅速两个阶段,也指出了量子计算对其他行业的潜在巨大影响尚难估量,很大程度上需要其它行业的从业者学习和开发量子计算机的新功能,‘来创建更好的产品和服务’。

经典计算机经过早期以计算为主的单一用途阶段,一路走到现在,丰富多彩的应用程序层出不穷,改变着人类生活的方方面面。相信量子计算机作为人类认识自然的全新方式,最终也会对人类社会产生巨大而深远的影响,可能远不只是现在人们想象出来的那几个应用场景。这是一个令人期待的未来。




量子计算是一个热门的新事物。随着摩尔定律的终结,人们急于寻找新的发展途径。对乐观主义者来说,量子计算将很好地符合要求,并将助我们顺利完成过渡。在悲观主义者看来,这项技术将扼杀加密技术,并严重影响全球商业的发展。

然而,事实远非如此。量子计算不是提高计算性能的唯一方法,还有许多其他方法,包括ASIC、FPGA和神经形态芯片,它们也将发挥重要作用。因此,量子计算将让加密技术失效的预言不值得如此严肃对待。

很多时候,真相更令人兴奋。创新绝不是一个单一的事件,而是一个发现、探索和转变的过程。量子计算已进入工程阶段,未来5-10年将开始产生变革性影响。在最近的一次IBM 研究之旅中,我对量子的未来有了更深的了解。

1
新兴科学技术

我们往往会首先注意到史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)、埃隆·马斯克(Elon Musk)等大咖宣布的新技术。但事实是,下一项伟大的技术一开始总是看起来微不足道,它始于科学家们提出的奇怪理论(很少有人能理解),然后在科学家们为检验这些理论而一起设计的神秘实验中得以发展。

量子计算也不例外。1981年,诺贝尔奖得主、物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)在一场关于在计算机上模拟物理学的演讲中,首次将“量子计算”带入人们的视野。他表示,你不能用数字计算机真正模拟物理世界,但用量子计算机可以。费曼的声望激发了人们对该领域的极大兴趣。



然而,很大程度上,费曼的这种观点一时没有看出实用价值。它激发了无数的理论性想法,但由于尚未用这些想法做出任何事情,所以没有实际性影响。这种情况在1993年开始改变,当时IBM的科学家们进行了量子隐形传态实验,该实验表明,可以运用量子原理用经典信道及局部量子操作传递量子信息。

20世纪90年代末,出现了第一批初级量子计算机。这些也大多是无用的,因为你也不能用它们做任何事情。它们不过是理论家们一直在研究的概念的证明。然而,它们为更大的目标铺平了道路。


2
量子时代已经开启

今天,量子计算早已超越理论阶段,进入解决工程难题的阶段。在IBM研究中心(IBM Research)一个房间里,我看到了几台超级计算机,都装有量子计算芯片。它们不是科学实验设备,而是在工作的机器。

除了IBM,其他公司也纷纷布局量子领域。2010年,D-Wave公司推出第一个商用量子计算机(基于量子退火技术)。谷歌也有一个该领域的先进项目,微软和英特尔正在投资量子技术。一些资金充足的初创企业,如Rigetti,也加入了竞争。



转型的影响已超出硬件层面,深入到软件方面。IBM已经创建了QISkit量子计算软件,其概念与谷歌的TensorFlow机器学习工具库大体相似。另外,Rigetti已经发布了Forest平台,ID Quantique和QxBranch等公司也发展出围绕量子技术的生态系统。

2016年,IBM推出Q体验系统,任何人可通过云使用其量子计算机。目前该系统已拥有7万5千多名用户,包括软件开发人员、科学家、学生、对量子好奇的人等。

毫无疑问,量子时代已经开始。然而,就像上世纪50年代的数字计算一样,我们仍然不清楚它将把我们带向何方。


3
量子计算的潜力巨大



尽管计算机很迷人,但它们本身并不能做很多事情,而是需要借助应用程序来影响世界。为此,其他行业必须要学会运用新技术,并弄清楚如何应用新功能来解决实际问题。

所以,IBM创建了由汽车制造商、金融机构、橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Lab)和研究型大学等组成的Q Network,旨在探索量子计算的实际应用,但还有很多重大挑战。

戴姆勒公司(Daimler)是Q network的成员之一,其试图了解如何利用量子计算来开发先进的材料,使汽车更轻、更强、更高效。该公司的材料科学家们从量子模拟中获得了远超过经典数字计算机所能产生的数据,但他们无法确定如何运用这些数据。

在未来的几年里,科学家们必须要学会提出只有量子计算机才能给出答案的新问题,帮助工程师们学习如何看到新的可能性,以及如何更好地设计产品。如果这些都成功了,带来的改变将令人难以置信。
这就是量子计算机的真正潜力。它们不仅计算速度比传统计算机快数千倍,而且可以帮助我们做之前在任何机器上都无法实现的事情,比如费曼描述的物理模拟。


4
量子技术的进步
从缓慢到迅速



一百年前,电力和汽车等技术已经存在了30多年,但尚未产生太大的经济影响。但这种情况在20世纪20年代发生了变化。

20世纪20年代末,道琼斯工业股票平均价格指数(Dow Jones Industrial Average) 约有一半的成分股从榜单上跌下。

同样的道理,数字计算机在80、90年代真正流行起来之前,已经存在了近40年。转型需要很长时间,这不仅是因为它需要时间使底层技术更强大,还因为其他行业需要学习如何应用新功能来创建更好的产品和服务。

这就是为什么当前关于量子霸权的争论在很大程度上是被误导的。你不会很快在苹果商店里买到量子计算机,甚至在你的有生之年也不可能买到。而在可预见的未来,你也不会为了要使用云计算访问量子计算机去接受大量的培训。因此,量子计算机能否比数字计算机更快地进行传统计算的问题几乎没有实际价值。

令人兴奋的是,在未来的5-10年里,量子计算机可能会让我们解决以前无法解决的问题。我们正在进入一个创新的新时代,许多旧标准将不再适用。能在这个新时代取得胜利的,不是那些能够更快地完成旧事的人,而是那些能够想象新可能性的人。

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