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雷鋒網(wǎng) AI 科技評論消息，3 月 8 日，百度宣布成立量子計算研究所，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。
據(jù)悉，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。
截至目前，段潤堯已經(jīng)在國際頂級學(xué)術(shù)期刊會議上發(fā)表論文 80 余篇。曾主持或作為主要參與人完成量子計算方面多項國家自然科學(xué)基金項目，一個 863 項目，以及兩項 ARC 項目。曾于 2013-2016 年擔(dān)任 QIP 會議（量子計算和量子信息科學(xué)理論方面最頂級的學(xué)術(shù)會議）管委會委員和 2015 年主席，并作為組委會主席成功在悉尼舉辦 QIP2015。
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。
至此，BAT 三家已經(jīng)全體進軍量子計算領(lǐng)域。
量子計算是基于量子力學(xué)的全新計算模型，與傳統(tǒng)計算理論不同，它的運行基于量子比特，利用量子疊加和量子糾纏等獨特的量子效應(yīng)進行信息處理，可以極大提高計算效率，同時也將對信息安全提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
量子計算目前主要應(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)，隨著人工智能對計算能力的需求不斷提升，量子計算提供了一種從根本上增強計算能力的思路，其核心優(yōu)勢是可以進行高速并行計算。同時，量子計算機可以完美地解決傳統(tǒng)計算機模擬量子系統(tǒng)時遇到的海量存儲和指數(shù)時間問題，是進行高效量子模擬的天然選擇。
早在 2015 年，阿里巴巴就開始布局量子計算，并與和中科院合作成立了亞洲首個量子計算實驗室，開展在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的前瞻性研究，探索超越經(jīng)典計算機的下一代超快計算技術(shù)。
在 2017 年 3 月的深圳云棲大會上，阿里云公布了全球首個云上量子加密通訊案例，通過建立多個量子安全傳輸域，為客戶提供無條件安全數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。
2017 年 5 月，世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機誕生，它是由中科大、中國科學(xué)院-阿里巴巴量子計算實驗室、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，該研究團隊打破了由美國保持的 9 個量子比特操縱記錄，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，并通過層析測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，師從計算機科學(xué)最高獎「圖靈獎」得主姚期智院士，后赴密歇根大學(xué)任教，在美國持有與量子科學(xué)相關(guān)的多項專利。
施堯耘曾表示，加入阿里巴巴是希望能讓量子計算落地，探索終極計算能力。「阿里巴巴旗下的阿里云為客戶提供計算和人工智能服務(wù)，不僅支撐量子技術(shù)的研究，也是未來量子應(yīng)用的輸出渠道?！?/p>
而在一個月之后的云棲大會上，施堯耘宣布由阿里云與中國科學(xué)院-阿里巴巴量子計算實驗室共同開發(fā)的量子計算云平臺正式上線。
阿里云量子技術(shù)可以概括為三個關(guān)鍵詞：提升、賦能、安全。
提升：提升現(xiàn)在的計算，包括機器學(xué)習(xí)，組合優(yōu)化，帶動基于這些核心計算應(yīng)用的增速。
賦能：為合作伙伴打造開放量子計算平臺，支撐跟量子信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)的騰飛，營造量子信息技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)。
安全：擴充加強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算，讓客戶使用阿里云的時候，數(shù)據(jù)和程序即使是對阿里云也是保密的。
在 2018 年初，阿里云量子實驗室又將一位量子計算大牛納入麾下——兩次理論計算機最高獎哥德爾獎（G?del Prize）得主、匈牙利裔美國計算機科學(xué)家馬里奧?塞格德（Mario Szegedy）。
阿里巴巴方面則表示，在馬里奧?塞格德入職達摩院后，他將與施堯耘等科學(xué)家們開展量子算法的研究，「加速推進量子計算從理論到工程落地，并探索量子計算與云計算、人工智能、基礎(chǔ)物理、材料、化學(xué)等學(xué)科結(jié)合的無限潛力?！?/p>
在 2018 年的科技趨勢預(yù)測中，施堯耘也暢想了他對「量子霸權(quán)」的期待：
2018 年量子計算的第一幕高潮應(yīng)該是「量子霸權(quán)」：多個超導(dǎo)，甚至可能有離子阱團隊將紛紛宣稱實現(xiàn)了經(jīng)典計算機無法模擬的量子處理器來。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)之爭的起點。今年可能見證第一個拓?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在今年無聲地落地。量子軟件因為門檻低，將會繼續(xù)蓬勃發(fā)展。量子算法的論文會百花齊放，但大多數(shù)不過是組合拳。
量子-經(jīng)典在密碼上的擂臺今年會愈演愈烈。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。作為對策，小型、廉價的量子密碼產(chǎn)品可能在今年出現(xiàn)，叩開近距離量子密碼規(guī)模化市場。
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)量子計算服務(wù)在量子計算云平臺上線。這是繼 IBM 后全球第二家向公眾提供 10 比特以上量子計算云服務(wù)的系統(tǒng)。
最早了解到騰訊布局量子計算，是在 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發(fā)聲。
張勝譽博士在本次論壇上深入淺出地以「薛定諤的貓」為切入點，闡述了量子計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)上量子計算的主要領(lǐng)域，回顧了量子計算的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及物理實現(xiàn)，并對未來作出了發(fā)展可能性的探討。
在會上，張勝譽博士也提及了兩個招聘的主要方向：一個為量子方向；另一個則為 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。可能有一些從物理中過來的想法，這些想法是完全可以實現(xiàn)在經(jīng)典量子計算機上，如果有人喜歡做 AI、喜歡做機器學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)問題，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，大家一起來研究探討這個問題。
在 BAT 三家企業(yè)紛紛入局量子計算領(lǐng)域后，相信全球的量子霸權(quán)爭奪戰(zhàn)將愈演愈烈。而縱覽國外的科技企業(yè)，他們的量子計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 科技評論簡單回顧一下。
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 個超導(dǎo)量子比特成功制成量子計算機，但是 D-Wave 的機器并沒有使所有的量子比特發(fā)生糾纏，并且不能一個量子比特接著一個量子比特得編程（be programmed qubit by qubit），而是另辟蹊徑，使用了一項名為「量子退火」（quantum annealing）的技術(shù)。該技術(shù)下，每個量子比特只和臨近的量子比特糾纏并交互，這并沒有建立起一組并行計算，而是一個整體上的、單一的量子狀態(tài)。D-Wave 開發(fā)者希望把復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題映射到該狀態(tài)，然后使用量子效應(yīng)尋找最小值。對于優(yōu)化問題（比如提高空中交通效率的）來說，這是一項很有潛力的技術(shù)。
英特爾和硅量子點
對量子計算最大的賭注恐怕來自英特爾：2015 年，它宣布將向荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的量子技術(shù)研究項目 QuTech 投資 5000 萬美元。英特爾專注于硅量子點技術(shù)（silicon quantum dots），它經(jīng)常被稱作「人造原子」。一個量子點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 來表示。不同于離子或原子，量子點不需要激光來困住它。
早期的電子點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：「我認(rèn)為英特爾屬意于硅，畢竟那是他們最擅長的材料?！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)開始鉆研量子計算技術(shù)。在當(dāng)時微軟還悄悄成立了 “Station Q” 實驗室，負(fù)責(zé)人是數(shù)字家 Michael Freedman。在 2005 年，微軟帶領(lǐng)的一支研究團隊，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量子比特的方法。微軟已經(jīng)投資了數(shù)個團隊進行嘗試。他們近期的論文，還有貝爾實驗室的一項獨立研究都展示了，關(guān)鍵的任意子以電路中電流的模式進行移動的「征兆」。
在 2016 年，微軟宣布計劃斥巨額資源開發(fā)量子計算機的原型產(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)邊緣游動的準(zhǔn)粒子（quasiparticles）。他們的量子態(tài)由不同交叉路線（braiding paths）來表現(xiàn)。因為交叉路線的形狀導(dǎo)致了量子疊加，他們會受到拓?fù)浔Ｗo（topologically protected）而不至于崩潰，這類似于打結(jié)的鞋帶不會散開。
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 D-Wave 的運行方式和缺陷。在 2014 年，谷歌把整個加州大學(xué)圣芭芭拉分校研究團隊的全部十幾個人都納入麾下。這之后，John Martinis 團隊宣布，他們已經(jīng)建成了 9 量子比特的機器，當(dāng)時是目前世界上可編程的量子計算機中最大的之一，而且他們正在嘗試擴大規(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)會鋪設(shè)在一塊晶圓上，所有控制電路都蝕刻在上面。
John Martinis 團隊如今已有 30 名科學(xué)家和工程師。在 2016 年 7 月，他們用了三個超導(dǎo)量子比特來模擬氫分子的基態(tài)（ground state）能量，這展示了在模擬簡單的量子系統(tǒng)上，量子計算機可以做到和傳統(tǒng)計算機一樣好。Martinis 表示，這個結(jié)果預(yù)示了擁有「量子霸權(quán)」的計算設(shè)備的力量。他還認(rèn)為，谷歌一年造出 49 量子比特計算機的計劃很趕時間，但或許有可能實現(xiàn)。
而在近日，谷歌量子 AI 實驗室今天發(fā)布了新的 72 位量子比特的量子處理器 Bristlecone。雖然目前還沒有看到具體的實驗結(jié)果，但這塊芯片的未來有很大潛力，很有可能達成量子計算領(lǐng)域內(nèi)的重要里程碑。
ionQ 和囚禁離子
與此同時，ionQ 的 Chris Monroe 正在試圖克服囚禁離子帶來的各項挑戰(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，而這是量子計算機必須做到的。
控制組合體的難度，會隨離子數(shù)目的增加指數(shù)級得升高。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，用光導(dǎo)纖維把囚禁離子群連接起來，每個囚禁離子群約有 20 個離子。若用該方案，每個模組中的某特定量子比特都會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 可謂獨樹一幟。早在 2016 年，IBM 就開發(fā)出了具有 5 位量子比特的量子計算機后，就把它提供出來作為量子計算云服務(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算機，同樣作為云服務(wù)對外提供，并且是正式商業(yè)化的產(chǎn)品。
IBM 同時表示，他們的研究人員們已經(jīng)成功開發(fā)出了一臺 50 位量子比特的原型機。以往觀點認(rèn)為達到 50 位量子比特的量子計算機就可以模擬傳統(tǒng)計算機的所有操作，因此，這可以算是量子計算機重要的里程碑，但它的商業(yè)化日程尚未可知。
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