這幾天有個大新聞,，是說中科院宣布造出了全新的量子計算機(jī),。一時間主流媒體蜂擁報道，讓“中國造出世界第一”的歷史上有多了一筆,。而國內(nèi)眾多媒體的報道標(biāo)題,，紛紛打出了“中國造出世界第一臺量子計算機(jī)”之類的說法，甚至引述外媒來論證這一消息的準(zhǔn)確性,。
但恐怕事實又一次在媒體口中被微小的“斷章取義”了一次,。按照中科院的標(biāo)準(zhǔn)說法，這次成功研制的,，是“世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)”,。注意，這個說法是有很多定語的：首先它是首臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)計算速度的,，其次它還是“光量子”計算機(jī),。
當(dāng)然,，以潘建偉教授為首的中國量子計算科學(xué)家們居功甚偉。某種程度上可以說打破了歐美在量子計算領(lǐng)域的壟斷和封鎖,，尤其這次宣布實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的十個超導(dǎo)量子比特的糾纏,，讓量子計算的應(yīng)用度邁上了全新的臺階。
但如果非要說這次的事件是量子計算機(jī)從0到1的破局,，那未免太不尊重科學(xué)家們的勞動了,。量子計算是一個長期課題，每一小步都意味著更多可能,。所以重新理解下量子計算及相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用化的實際境況,，看來還蠻有必要的。
量子計算和量子計算機(jī),，各是什么鬼,？
所謂量子，是一個能量的最小單位,，也是人類目前為止認(rèn)識微觀世界的終極抵達(dá)點(diǎn),。所有的微觀粒子包括分子、原子,、電子,、光子都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)，人類和整個世界也都是由量子構(gòu)成的,。
但區(qū)別于經(jīng)典物理世界之間物體的相互作用形態(tài),，微觀世界量子之間的互動更加詭異而復(fù)雜，甚至還沒有真正權(quán)威的科學(xué)解釋能闡明量子間的作用關(guān)系,。
至少已經(jīng)可以證明,，量子位之間具有相互疊加和相互牽連兩種屬性，而圍繞這兩種屬性構(gòu)成的力學(xué)理論,，就是大名鼎鼎地“革了牛頓的命”的量子力學(xué),。
拋開物理學(xué)不提，量子間的特性運(yùn)用到計算領(lǐng)域會呈現(xiàn)出與目前所知的計算完全不同的運(yùn)算規(guī)則,。
由于量子具有疊加態(tài),，故而量子運(yùn)算具備天然的并行運(yùn)算能力。如果說0和1組成的經(jīng)典計算是一個人在干一件事,，那么量子計算就是一個人同時干很多事,，并且同時完成給出疊加結(jié)果。
以這次完成的10個超導(dǎo)量子比特糾纏計算為例,，它在經(jīng)典計算機(jī)完成一次計算的同時,，可以完成10個比特，也就是1024次計算,。那么如果超導(dǎo)比特糾纏數(shù)量持續(xù)擴(kuò)大的話,，超越目前人類最快的計算系統(tǒng)也是輕而易舉的,。
事實上，量子計算機(jī)是一個非常寬泛的概念,。由于它的概念界定辦法僅僅是利用了量子規(guī)則完成的計算設(shè)備,，所以第一臺量子計算機(jī)的定義也非常模糊，很難得到公認(rèn),。
發(fā)展量子計算機(jī)的方式也各有不同,，比如中科院發(fā)布的量子計算機(jī)是以光子理論完成的“光離子計算機(jī)”，其他囚禁離子技術(shù),、量子位元超導(dǎo)電路技術(shù)也都在持續(xù)深挖中,。如果算上相對小眾的量子計算機(jī)實現(xiàn)方式的話，恐怕很難統(tǒng)計目前世界上有多少種量子計算機(jī),。
當(dāng)然,，某種程度上來說目前世界上依舊沒有真正應(yīng)用意義的量子計算機(jī)。我們今天做的,，更多是把一個概念從理論一步步拉倒現(xiàn)實中來,。
量子計算與人工智能的關(guān)系
今天AI大火，于是經(jīng)常伴隨著AI出現(xiàn)的“兄弟詞匯”也跟著火了起來,。很多人一提到AI就會緊接著蹦出來深度學(xué)習(xí),、量子計算、彈性網(wǎng)絡(luò)等等名詞,。但他們之間究竟是啥關(guān)系就不知道了，反正最后總結(jié)為“不明覺厲”就對了,。
總體來看,，量子計算可以被看做人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施。因為人工智能的本質(zhì)是機(jī)器以函數(shù)推導(dǎo)來模擬人類的接受,、學(xué)習(xí)和推導(dǎo),，這就涉及巨大的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。而量子計算恰好可以解決這個問題,。
總體而言,，這對“概念基友”有以下幾個方面是互補(bǔ)的：
一、解決經(jīng)典計算的單一維度問題：人工智能要運(yùn)用到大量的數(shù)據(jù)接收和處理,，但0和1的經(jīng)典計算卻始終只能進(jìn)行單一向計算,。這給人工智能的深度發(fā)展帶來了巨大不便。而量子計算的法則下,，系統(tǒng)能夠通過并行計算來不斷學(xué)習(xí)來處理之前從未遇到的新數(shù)據(jù),。這就給人工智能不斷實現(xiàn)自我進(jìn)化提供了近乎“水和空氣”的基礎(chǔ)。
二,、解決cpu堆砌的天花板：人工智能雖好,，但問題是需要的計算量卻太大了,。比如之前Alpha GO大戰(zhàn)李世乭，動用了1920個CPU和280個GPU,。雖然效果顯著,，但設(shè)備和能源消耗未免太大了，很難有廣泛應(yīng)用的空間,。而如果通過量子計算法則,，則可以把硬件體積和能耗大大降低，達(dá)成人工智能技術(shù)的通用化,。
三,、大體量計算成為可能：我們一直都在關(guān)注大數(shù)據(jù)，但最大的數(shù)據(jù)能有多大呢,？有數(shù)據(jù)判斷,，到2020 年全世界的數(shù)據(jù)會達(dá)到44 ZB，也就是人均5200GB,。我們當(dāng)然相信越大的數(shù)據(jù)越有可能達(dá)成有效的結(jié)果推導(dǎo),。但如果數(shù)據(jù)達(dá)到這個程度，恐怕就是經(jīng)典計算帶不動的了,。所以全景式計算必須依賴量子計算,，這也是人工智能開啟全面數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的先決條件。
四,、移動人工智能設(shè)備的必備因素：根據(jù)上面的硬件天花板推導(dǎo),，不難發(fā)現(xiàn)人工智能需要的運(yùn)算能力基礎(chǔ)是非常龐大的。而手機(jī),、汽車,、穿戴設(shè)備等終端很難加載人工智能需要的運(yùn)算處理器，而云計算技術(shù)又有各種各樣的限制,。因此通過量子計算,，來實現(xiàn)AI設(shè)備的集成化和迷你化，可能是人工智能走進(jìn)普通生活的最佳選擇,。
五,、AI的反向驗證：量子計算模擬的是微觀世界中量子的疊加與糾纏，那么這種模擬可行運(yùn)算邏輯的正誤其實很成問題,。因為一般的運(yùn)算技術(shù)根本無從檢驗量子計算模型,。所以這里人工智能可以回頭幫一下量子計算，通過多元推導(dǎo)的方式檢視量子計算的過程與結(jié)果,。
所以說,，AI和量子計算近乎于是不得不同時進(jìn)化的雙生子，一個負(fù)責(zé)輔助，一個專打輸出,。
量子計算的商業(yè)場景
量子計算單獨(dú)的商業(yè)化應(yīng)用,，也是個很有意思的話題。
總體而言,，量子計算的應(yīng)用可以分為兩種,，一種是量子通訊層面的，另一種則來自量子計算本身,。
量子通訊層面目前的應(yīng)用性較強(qiáng),，比如去年發(fā)射的墨子號量子通訊衛(wèi)星就是做這個的。這一技術(shù)手段,，本質(zhì)是將量子技術(shù)作為一種不可逆的比特化數(shù)據(jù)管理體系,。將信息進(jìn)行近乎不破解的超密編碼。一方面這種技術(shù)基于量子比特的不可逆轉(zhuǎn)性,，沒有破除可能,，比較符合未來通訊加密的需求。另一方面量子計算的因數(shù)分解能力可以輕易解開經(jīng)典運(yùn)算領(lǐng)域的所有密碼,，所以解鈴換需系鈴人,，量子密碼技術(shù)近乎是個不可逆的商業(yè)應(yīng)用。
同理,，量子密碼還可以被運(yùn)用到各種加密手段當(dāng)中,。比如鈔票防偽、商品專屬溯源,、電話加密等等,。
而量子計算方面的應(yīng)用潛力其實更廣，但目前都還比較遙遠(yuǎn),。比如基于量子計算技術(shù)實現(xiàn)的量子搜索,，可以輕易通過并行計算技術(shù)在龐大數(shù)據(jù)中進(jìn)行抽取。這就讓模糊搜索,、大數(shù)據(jù)辨認(rèn)等多種技術(shù)成為可能，尤其與AI識別結(jié)合后,，想象空間更加巨大,。另一種量子計算的應(yīng)用場景在于構(gòu)造模擬，通過量子計算,?？梢阅M出微觀世界的多領(lǐng)域構(gòu)造，比如化學(xué),、材料工程學(xué),，甚至生物學(xué)的微觀模擬，都對這一領(lǐng)域的認(rèn)知突破有重要意義。
有意思的是,，量子通訊的終極目標(biāo)顯然是對大量量子的傳輸,，也就是所謂瞬間移動。而用量子計算模擬生物構(gòu)造,，或許可以找到基因的核心,，逆轉(zhuǎn)衰老甚至死亡等生物現(xiàn)象。所以有人說一切科幻都屬于量子計算,，好像也有點(diǎn)道理,。
局限性與時間軸
說了不少好話，最后潑點(diǎn)涼水,。與人工智能的應(yīng)用化進(jìn)程相比,，量子計算的應(yīng)用化堪稱還處在原始社會階段。比如剛剛中科院發(fā)布的光量子計算機(jī),，還僅僅是元器件和光學(xué)儀器構(gòu)成的原型機(jī),。換言之，其進(jìn)度還處在實驗數(shù)據(jù)階段,，離投入下一階段的實踐性應(yīng)用還非常遙遠(yuǎn),。
事實上，目前無論是學(xué)術(shù)界,、政府還是互聯(lián)網(wǎng)巨頭,，都還沒有展現(xiàn)出量子計算正式進(jìn)入商業(yè)化階段的可能性。甚至很多理論都處在實驗之外,，僅僅有理論上的可能性,。
即使能夠進(jìn)入應(yīng)用階段，量子計算的場景適應(yīng)性較比經(jīng)典計算還有非常遙遠(yuǎn)的距離,。經(jīng)典計算的邏輯簡單,，但同時帶來的是各種場景都可應(yīng)用的泛在化能力。而量子計算對運(yùn)算類型的要求十分嚴(yán)苛,，即使投入使用,，恐怕也將進(jìn)入長時間與經(jīng)典計算拉鋸、甚至產(chǎn)生互斥性的共生階段,。
當(dāng)然,，量子密碼等關(guān)鍵性應(yīng)用的商業(yè)化進(jìn)度已經(jīng)十分可觀，而人工智能,、量子力學(xué)等領(lǐng)域的持續(xù)突破,，也有可能指數(shù)級加快量子計算的實踐進(jìn)程。