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| 本文作者： 奕欣 | 2018-03-08 11:40 |
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論消息，3 月 8 日，百度宣布成立量子計(jì)算研究所，悉尼科技大學(xué)量子軟件和信息中心創(chuàng)辦主任段潤(rùn)堯教授出任百度量子計(jì)算研究所所長(zhǎng)，直接向百度總裁張亞勤匯報(bào)。
據(jù)悉，段潤(rùn)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。
截至目前，段潤(rùn)堯已經(jīng)在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊會(huì)議上發(fā)表論文 80 余篇。曾主持或作為主要參與人完成量子計(jì)算方面多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，一個(gè) 863 項(xiàng)目，以及兩項(xiàng) ARC 項(xiàng)目。曾于 2013-2016 年擔(dān)任 QIP 會(huì)議（量子計(jì)算和量子信息科學(xué)理論方面最頂級(jí)的學(xué)術(shù)會(huì)議）管委會(huì)委員和 2015 年主席，并作為組委會(huì)主席成功在悉尼舉辦 QIP2015。
段潤(rùn)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。
至此，BAT 三家已經(jīng)全體進(jìn)軍量子計(jì)算領(lǐng)域。
量子計(jì)算是基于量子力學(xué)的全新計(jì)算模型，與傳統(tǒng)計(jì)算理論不同，它的運(yùn)行基于量子比特，利用量子疊加和量子糾纏等獨(dú)特的量子效應(yīng)進(jìn)行信息處理，可以極大提高計(jì)算效率，同時(shí)也將對(duì)信息安全提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
量子計(jì)算目前主要應(yīng)用于復(fù)雜的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理與計(jì)算難題，以及基于量子加密的網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)，隨著人工智能對(duì)計(jì)算能力的需求不斷提升，量子計(jì)算提供了一種從根本上增強(qiáng)計(jì)算能力的思路，其核心優(yōu)勢(shì)是可以進(jìn)行高速并行計(jì)算。同時(shí)，量子計(jì)算機(jī)可以完美地解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬量子系統(tǒng)時(shí)遇到的海量存儲(chǔ)和指數(shù)時(shí)間問(wèn)題，是進(jìn)行高效量子模擬的天然選擇。
早在 2015 年，阿里巴巴就開(kāi)始布局量子計(jì)算，并與和中科院合作成立了亞洲首個(gè)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的前瞻性研究，探索超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的下一代超快計(jì)算技術(shù)。
在 2017 年 3 月的深圳云棲大會(huì)上，阿里云公布了全球首個(gè)云上量子加密通訊案例，通過(guò)建立多個(gè)量子安全傳輸域，為客戶提供無(wú)條件安全數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。
2017 年 5 月，世界上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)誕生，它是由中科大、中國(guó)科學(xué)院-阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)、中科院物理所等協(xié)同完成參與研發(fā)的。在超導(dǎo)體系，該研究團(tuán)隊(duì)打破了由美國(guó)保持的 9 個(gè)量子比特操縱記錄，自主研發(fā)了 10 比特超導(dǎo)量子線路樣品，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的多體純糾纏，并通過(guò)層析測(cè)量方法完整地刻畫了 10 比特量子態(tài)。
而在 2017 年 9 月，阿里云宣布世界知名量子計(jì)算科學(xué)家、密歇根大學(xué)終身教授施堯耘將擔(dān)任阿里云首席量子技術(shù)科學(xué)家。施堯耘，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，后赴密歇根大學(xué)任教，在美國(guó)持有與量子科學(xué)相關(guān)的多項(xiàng)專利。
施堯耘曾表示，加入阿里巴巴是希望能讓量子計(jì)算落地，探索終極計(jì)算能力?！赴⒗锇桶推煜碌陌⒗镌茷榭蛻籼峁┯?jì)算和人工智能服務(wù)，不僅支撐量子技術(shù)的研究，也是未來(lái)量子應(yīng)用的輸出渠道?！?/p>
而在一個(gè)月之后的云棲大會(huì)上，施堯耘宣布由阿里云與中國(guó)科學(xué)院-阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室共同開(kāi)發(fā)的量子計(jì)算云平臺(tái)正式上線。
阿里云量子技術(shù)可以概括為三個(gè)關(guān)鍵詞：提升、賦能、安全。
提升：提升現(xiàn)在的計(jì)算，包括機(jī)器學(xué)習(xí)，組合優(yōu)化，帶動(dòng)基于這些核心計(jì)算應(yīng)用的增速。
賦能：為合作伙伴打造開(kāi)放量子計(jì)算平臺(tái)，支撐跟量子信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)的騰飛，營(yíng)造量子信息技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)。
安全：擴(kuò)充加強(qiáng)阿里云已有的量子加密通信技術(shù)，推出基于量子密碼的安全計(jì)算，讓客戶使用阿里云的時(shí)候，數(shù)據(jù)和程序即使是對(duì)阿里云也是保密的。
在 2018 年初，阿里云量子實(shí)驗(yàn)室又將一位量子計(jì)算大牛納入麾下——兩次理論計(jì)算機(jī)最高獎(jiǎng)哥德?tīng)柂?jiǎng)（G?del Prize）得主、匈牙利裔美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家馬里奧?塞格德（Mario Szegedy）。
阿里巴巴方面則表示，在馬里奧?塞格德入職達(dá)摩院后，他將與施堯耘等科學(xué)家們開(kāi)展量子算法的研究，「加速推進(jìn)量子計(jì)算從理論到工程落地，并探索量子計(jì)算與云計(jì)算、人工智能、基礎(chǔ)物理、材料、化學(xué)等學(xué)科結(jié)合的無(wú)限潛力?！?/p>
在 2018 年的科技趨勢(shì)預(yù)測(cè)中，施堯耘也暢想了他對(duì)「量子霸權(quán)」的期待：
2018 年量子計(jì)算的第一幕高潮應(yīng)該是「量子霸權(quán)」：多個(gè)超導(dǎo)，甚至可能有離子阱團(tuán)隊(duì)將紛紛宣稱實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法模擬的量子處理器來(lái)。而經(jīng)典模擬能力可能在新的理論突破下大大提升，重設(shè)霸權(quán)之爭(zhēng)的起點(diǎn)。今年可能見(jiàn)證第一個(gè)拓?fù)浔忍氐恼Q生。而其他如超導(dǎo)、離子阱等方向顛覆性新思想的種籽可能會(huì)在今年無(wú)聲地落地。量子軟件因?yàn)殚T檻低，將會(huì)繼續(xù)蓬勃發(fā)展。量子算法的論文會(huì)百花齊放，但大多數(shù)不過(guò)是組合拳。
量子-經(jīng)典在密碼上的擂臺(tái)今年會(huì)愈演愈烈。經(jīng)典密碼苦修多年「后量子密碼學(xué)」，終于把秘籍練到實(shí)用，大顯抵抗量子攻擊的能力和不需任何額外投入的成本優(yōu)勢(shì)。作為對(duì)策，小型、廉價(jià)的量子密碼產(chǎn)品可能在今年出現(xiàn)，叩開(kāi)近距離量子密碼規(guī)?；袌?chǎng)。
在 2018 年 2 月，中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院與阿里云宣布，11 量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算服務(wù)在量子計(jì)算云平臺(tái)上線。這是繼 IBM 后全球第二家向公眾提供 10 比特以上量子計(jì)算云服務(wù)的系統(tǒng)。
最早了解到騰訊布局量子計(jì)算，是在 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)室的首度發(fā)聲。
張勝譽(yù)博士在本次論壇上深入淺出地以「薛定諤的貓」為切入點(diǎn)，闡述了量子計(jì)算的定義一些非正式的量子信息（如量子疊加、量子觀察、量子糾纏等），引申到學(xué)術(shù)上量子計(jì)算的主要領(lǐng)域，回顧了量子計(jì)算的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及物理實(shí)現(xiàn)，并對(duì)未來(lái)作出了發(fā)展可能性的探討。
在會(huì)上，張勝譽(yù)博士也提及了兩個(gè)招聘的主要方向：一個(gè)為量子方向；另一個(gè)則為 AI 方向。
我們希望招聘到跟量子相關(guān)的算法、復(fù)雜性、通訊、模擬、量子物理、量子化學(xué)等等各方面的人才。
另外我們也很看重量子力學(xué)和人工智能的結(jié)合?？赡苡幸恍奈锢碇羞^(guò)來(lái)的想法，這些想法是完全可以實(shí)現(xiàn)在經(jīng)典量子計(jì)算機(jī)上，如果有人喜歡做 AI、喜歡做機(jī)器學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)問(wèn)題，但是又想多一些理解和多一些本質(zhì)性的突破，也希望加入我們，大家一起來(lái)研究探討這個(gè)問(wèn)題。
在 BAT 三家企業(yè)紛紛入局量子計(jì)算領(lǐng)域后，相信全球的量子霸權(quán)爭(zhēng)奪戰(zhàn)將愈演愈烈。而縱覽國(guó)外的科技企業(yè)，他們的量子計(jì)算研究又走到了哪一步，目前又有哪些令人印象深刻的技術(shù)呢？一起與雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論簡(jiǎn)單回顧一下。
D-Wave 和量子退火
2007 年，加拿大初創(chuàng)公司 D-Wave Systems 宣布，他們使用 16 個(gè)超導(dǎo)量子比特成功制成量子計(jì)算機(jī)，但是 D-Wave 的機(jī)器并沒(méi)有使所有的量子比特發(fā)生糾纏，并且不能一個(gè)量子比特接著一個(gè)量子比特得編程（be programmed qubit by qubit），而是另辟蹊徑，使用了一項(xiàng)名為「量子退火」（quantum annealing）的技術(shù)。該技術(shù)下，每個(gè)量子比特只和臨近的量子比特糾纏并交互，這并沒(méi)有建立起一組并行計(jì)算，而是一個(gè)整體上的、單一的量子狀態(tài)。D-Wave 開(kāi)發(fā)者希望把復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題映射到該狀態(tài)，然后使用量子效應(yīng)尋找最小值。對(duì)于優(yōu)化問(wèn)題（比如提高空中交通效率的）來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)很有潛力的技術(shù)。
英特爾和硅量子點(diǎn)
對(duì)量子計(jì)算最大的賭注恐怕來(lái)自英特爾：2015 年，它宣布將向荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的量子技術(shù)研究項(xiàng)目 QuTech 投資 5000 萬(wàn)美元。英特爾專注于硅量子點(diǎn)技術(shù)（silicon quantum dots），它經(jīng)常被稱作「人造原子」。一個(gè)量子點(diǎn)量子比特是一塊極小的材料，像原子一樣，它身上電子的量子態(tài)可以用 0 或 1 來(lái)表示。不同于離子或原子，量子點(diǎn)不需要激光來(lái)困住它。
早期的電子點(diǎn)用幾近完美的砷化鎵晶體制作，但研究人員們更傾向于硅，希望能利用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的巨大產(chǎn)能。QuTech 技術(shù)負(fù)責(zé)人 Leo Kouwenhoven 說(shuō)：「我認(rèn)為英特爾屬意于硅，畢竟那是他們最擅長(zhǎng)的材料?！沟腔诠璧牧孔颖忍匮芯?，大大落后于囚禁離子和超導(dǎo)量子技術(shù)。
微軟和拓?fù)淞孔?/strong>
早在 2005 年微軟就已經(jīng)開(kāi)始鉆研量子計(jì)算技術(shù)。在當(dāng)時(shí)微軟還悄悄成立了 “Station Q” 實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)人是數(shù)字家 Michael Freedman。在 2005 年，微軟帶領(lǐng)的一支研究團(tuán)隊(duì)，就提出了一種在半導(dǎo)體-超導(dǎo)體混合結(jié)構(gòu)中建造拓?fù)浔Ｗo(hù)量子比特的方法。微軟已經(jīng)投資了數(shù)個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行嘗試。他們近期的論文，還有貝爾實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)獨(dú)立研究都展示了，關(guān)鍵的任意子以電路中電流的模式進(jìn)行移動(dòng)的「征兆」。
在 2016 年，微軟宣布計(jì)劃斥巨額資源開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)的原型產(chǎn)品，與 IBM 和谷歌等科技巨頭一同分這杯羹。
在研究上，微軟的選擇甚至更遙遠(yuǎn)：基于非阿貝爾任意子（nonabelian anyons）的拓?fù)淞孔颖忍兀╰opological qubits）。這些根本就不是物體，他們是沿著不同物質(zhì)邊緣游動(dòng)的準(zhǔn)粒子（quasiparticles）。他們的量子態(tài)由不同交叉路線（braiding paths）來(lái)表現(xiàn)。因?yàn)榻徊媛肪€的形狀導(dǎo)致了量子疊加，他們會(huì)受到拓?fù)浔Ｗo(hù)（topologically protected）而不至于崩潰，這類似于打結(jié)的鞋帶不會(huì)散開(kāi)。
谷歌的超導(dǎo)量子研究
谷歌聘用了加州大學(xué)圣芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara）的超導(dǎo)量子比特專家 John Martinis。他曾研究過(guò) D-Wave 的運(yùn)行方式和缺陷。在 2014 年，谷歌把整個(gè)加州大學(xué)圣芭芭拉分校研究團(tuán)隊(duì)的全部十幾個(gè)人都納入麾下。這之后，John Martinis 團(tuán)隊(duì)宣布，他們已經(jīng)建成了 9 量子比特的機(jī)器，當(dāng)時(shí)是目前世界上可編程的量子計(jì)算機(jī)中最大的之一，而且他們正在嘗試擴(kuò)大規(guī)模。為了避免大堆纏繞的電線，他們正在 2D 平面結(jié)構(gòu)上重建該系統(tǒng)。系統(tǒng)會(huì)鋪設(shè)在一塊晶圓上，所有控制電路都蝕刻在上面。
John Martinis 團(tuán)隊(duì)如今已有 30 名科學(xué)家和工程師。在 2016 年 7 月，他們用了三個(gè)超導(dǎo)量子比特來(lái)模擬氫分子的基態(tài)（ground state）能量，這展示了在模擬簡(jiǎn)單的量子系統(tǒng)上，量子計(jì)算機(jī)可以做到和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣好。Martinis 表示，這個(gè)結(jié)果預(yù)示了擁有「量子霸權(quán)」的計(jì)算設(shè)備的力量。他還認(rèn)為，谷歌一年造出 49 量子比特計(jì)算機(jī)的計(jì)劃很趕時(shí)間，但或許有可能實(shí)現(xiàn)。
而在近日，谷歌量子 AI 實(shí)驗(yàn)室今天發(fā)布了新的 72 位量子比特的量子處理器 Bristlecone。雖然目前還沒(méi)有看到具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但這塊芯片的未來(lái)有很大潛力，很有可能達(dá)成量子計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)的重要里程碑。
ionQ 和囚禁離子
與此同時(shí)，ionQ 的 Chris Monroe 正在試圖克服囚禁離子帶來(lái)的各項(xiàng)挑戰(zhàn)。作為量子比特，它們可以在幾秒鐘內(nèi)維持穩(wěn)態(tài)，這還多虧了真空裝置和在環(huán)境噪音影響下仍能將其穩(wěn)定的電極。但是，這些隔離措施意味著，量子比特之間的交互變得更難。Monroe 最近把 22 個(gè)鐿離子糾纏成一條線形鏈（linear chain），但至今，他還未能控制或查詢所有的離子對(duì)，而這是量子計(jì)算機(jī)必須做到的。
控制組合體的難度，會(huì)隨離子數(shù)目的增加指數(shù)級(jí)得升高。所以，加入更多離子是做不到的。Monroe 認(rèn)為，解決辦法在于使用模組化的設(shè)計(jì)，用光導(dǎo)纖維把囚禁離子群連接起來(lái)，每個(gè)囚禁離子群約有 20 個(gè)離子。若用該方案，每個(gè)模組中的某特定量子比特都會(huì)成為該離子群的中心，從群中其他量子比特那接受信息，并與其他模組分享。這樣，大多數(shù)離子會(huì)免于外部侵?jǐn)_。
IBM 與商業(yè)化
在商業(yè)化上走得更遠(yuǎn)的企業(yè)， IBM 可謂獨(dú)樹一幟。早在 2016 年，IBM 就開(kāi)發(fā)出了具有 5 位量子比特的量子計(jì)算機(jī)后，就把它提供出來(lái)作為量子計(jì)算云服務(wù)，供研究者使用。2017 年 11 月，IBM 宣布發(fā)布新型的20位量子比特的量子計(jì)算機(jī)，同樣作為云服務(wù)對(duì)外提供，并且是正式商業(yè)化的產(chǎn)品。
IBM 同時(shí)表示，他們的研究人員們已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出了一臺(tái) 50 位量子比特的原型機(jī)。以往觀點(diǎn)認(rèn)為達(dá)到 50 位量子比特的量子計(jì)算機(jī)就可以模擬傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的所有操作，因此，這可以算是量子計(jì)算機(jī)重要的里程碑，但它的商業(yè)化日程尚未可知。
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