科技日報記者 劉艷

1981年，物理學家理查德.費曼提出一個問題：量子物理學可以被經(jīng)典計算機有效模擬嗎?這種疑問表達了科學家們的擔心：量子物理指數(shù)級的計算需要，無法用現(xiàn)有的經(jīng)典計算機來滿足。

理查德.費曼

與此同時，人工智能的驚人進步，重燃人們對到底什么是智能，什么是計算的興趣，但依靠現(xiàn)在的計算機及傳統(tǒng)算法，已無法滿足工智能的研究甚至發(fā)展需求。

姚期智院士表示，未來的人工智能要向強人工智能或自然智能演進，需要全新的神經(jīng)網(wǎng)絡之外的算法和視角，需要超級大的算力支撐，量子計算的發(fā)展必定帶給人工智能巨大的提升。

人工智能再突破依賴量子計算

計算是不是可以模仿人的行為?是否能寫出具有自然智能的程序?人類的知識可以抵達什么程度?種種問題困擾業(yè)界很多年。

姚期智院士是首位獲得圖靈獎的華裔科學家，作為最早進入量子信息領域研究的計算機學家之一，他于1993年提出的量子通信復雜性，奠定了量子計算機的理論基礎。

姚期智院士認為，人工智能和機器學習的基礎研究對未來科學發(fā)展和人類福祉有重大影響;如果人工智能的很多觀點可以量子化，AI架構變成量子物理的模型，可以解決以前想做但做不到的事。

姚期智院士表示，人工智能的商業(yè)應用已隨處可見，但未來5-10年，基于深度學習的技術會過時，AI再進步，技術從哪里來?

姚期智院士說：“如果能在當前支持深度學習的神經(jīng)網(wǎng)絡技術中加入量子元素，將可能帶來機器學習效率的大幅提升。”他強調，“利用量子計算和人工智能，我們有可能搭建一個足以匹敵人類大腦的系統(tǒng)，量子計算可以在全新的層面上檢驗我們的知識體系，但每一個進展都艱難而偉大，最終建立實際的量子計算體系將會是極其重大的挑戰(zhàn)。”

如果說，今天的AI=基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的算法+ GPU/FPGA等為主經(jīng)典計算力+大數(shù)據(jù)，未來的AI技術可能是某種超級智能(強人工智能/自然智能)+量子云技術。

量子計算機將是第二個圖靈

盡管量子計算的本質和強大的計算力對大多數(shù)人來說仍十分神秘，但量子計算機卻已成功勾動人們對未來世界的渴望。

姚期智院士說：“從量子計算的概念開始在科學家腦海中形成到現(xiàn)在，量子計算研究已經(jīng)取得長足的進步，量子計算機呼之欲出，它若研制成功，將是第二個“圖靈”般的歷史重大時刻，將能幫助我們更好地解釋物理學的各種現(xiàn)象，可以讓我們獲得前所未有的新知識。”

艾倫·麥席森·圖靈

從事軟件和算法相關研究工作多年的張學倉是華為中央研究院量子計算軟件和算法研究架構師，他非常贊同姚期智院士的觀點：“量子計算機最大的驅動力來自于某些情況下指數(shù)級近乎無窮大的算力潛能。現(xiàn)在用世界上最大的超算，我們只能模擬一個老鼠的大腦，如果要模擬人的大腦，世界上所有計算能力積累起來都沒辦法做到，但是量子計算機提供了這樣的想象空間。”

華為量子計算軟件與算法首席科學家翁文康是量子計算領域知名專家，說：“按照摩爾定律的思路，經(jīng)典計算機架構靠的是不斷縮小器件工藝的尺寸去加速計算，如今，器件已到了量子極限，變得不穩(wěn)定，產(chǎn)業(yè)進入瓶頸。”

翁文康對科技日報記者進一步解釋說：“電子器件一旦到達極微小的程度，電子已不能被固定在一個位置，我們不再容易定義什么是0，什么是1，它們會變成0和1的疊加態(tài)。這不是器件的缺陷，我們卻可以利用量子力學的物理疊加原理建立一個更強大的量子計算器件。”

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。

量子計算研究還需鋪路石

谷歌、微軟、IBM等大公司紛紛強勢介入量子計算研究，并取得重大突破，我們的學府、研究機構、業(yè)界在干什么?

“中國的AI應用處于高水平，大學和研究機構從事的人越來越多。”姚期智院士對我國量子計算的未來表示樂觀，他說：“不僅國家在量子技術方面投入大量的人力和精力，企業(yè)也越來越多參與其中。這些企業(yè)和研究機構非常有遠見，對這一重大前沿領域會給人類帶來深遠影響的洞察敏銳。”

但姚期智院士也指出，中國人工智能當前的研究和發(fā)展存在兩個劣勢，一是雖然我們在計算力、硬件方面很強，有全世界排名數(shù)一數(shù)二的超級計算機，但對計算機系統(tǒng)工程一向重視不夠，或許會成為下一個階段的重要壁壘。另一缺陷是，下一步人工智能的突破一定是“算法”，國外已經(jīng)有了非常深厚的基礎，我們相對而言還處于弱勢，需要更加關注理論基礎方面的研究。

10月12日，華為發(fā)布并宣布開放量子計算模擬器HiQ云平臺，落點于科研和教育，包含一個模擬器，一套編程框架，及業(yè)界第一次提出的在云服務上新增量子糾錯模擬器，讓研究者和開發(fā)者有環(huán)境可以驗證理論和算法。

張學倉說：“華為量子計算模擬云服務平臺，不是量子計算機，是量子計算研究初始階段的工具。在量子計算硬件系統(tǒng)成熟之前，基于經(jīng)典計算的模擬器就像一個鋪路石，將在量子電路仿真和調測、量子算法的研究創(chuàng)新、應用軟件的開發(fā)和驗證上發(fā)揮重要作用。”

姚期智院士說：“量子計算對所有人來說還處在艱難的研究階段，需要合力解決很多挑戰(zhàn)。”而華為之所以將自己的研究成果量子計算模擬和編程框架放到云上去，動機也很清晰，為量子計算從科研走向應用提供一個研究和教育的普惠基礎平臺。

翁文康說：“量子計算是一場從根上開始的革命，在理論上有巨大的潛力，但距離真正的商用，從硬件、軟件到算法還有非常多的技術挑戰(zhàn)，是一個復雜的系統(tǒng)工程。量子計算是華為基礎研究的重要方向之一，華為將會持續(xù)投入量子科技的研發(fā)，把階段性成果‘沿途下蛋’，為的是和業(yè)界、學界共同努力達成目標。”

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