量子科技時(shí)代正在加速來了。
日前，國家就量子科技的發(fā)展強(qiáng)調(diào)道「要充分認(rèn)識(shí)推動(dòng)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢(shì)，下好先手棋?！?/p>
事實(shí)上，隨著上層的關(guān)注，量子科技順勢(shì)成為產(chǎn)業(yè)的焦點(diǎn)，這并不意外。在國外，歐盟、美國、英國等國家都先后啟動(dòng)了國家級(jí)的量子科技戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃。產(chǎn)業(yè)端的谷歌、微軟、IBM、英特爾等科技巨頭則緊隨入場，加速布局，積累了大量的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
IBM的量子計(jì)算機(jī)
如今，中國在數(shù)字新基建的浪潮下，也最終關(guān)注到了這一領(lǐng)域。近年來，上層對(duì)于量子科技的投入和布局越來越關(guān)注。在產(chǎn)業(yè)端，百度便率先開展了針對(duì)量子計(jì)算的戰(zhàn)略布局，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用場景和人才培養(yǎng)方面取得諸多突破性成果。
10月27日，在百度APP上“百度無限『量』，大咖聊量子”科普課堂上線，百度研究院量子計(jì)算研究所所長段潤堯、中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員段永朝、天體物理博士馬志博等大咖從量子的整體發(fā)展歷程，講到百度量子的發(fā)展現(xiàn)狀、最新技術(shù)和應(yīng)用成果，從科普角度再度將量子計(jì)算推向大眾。
“百度無限『量』，大咖聊量子”科普課堂
其實(shí)，這不是百度第一次舉辦量子計(jì)算的科普課堂。在這些頻頻動(dòng)作的背后，我們最切身的感受便是量子計(jì)算正在受到國家上層與產(chǎn)業(yè)端各方的高度重視。而隨著數(shù)字化趨勢(shì)的不斷深化，量子計(jì)算的應(yīng)用價(jià)值也正被發(fā)掘，成為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)然，量子科技所帶來的價(jià)值遠(yuǎn)超我們所想像。美國對(duì)此立法，來保證量子科技領(lǐng)域的財(cái)政投入，以確保美國在量子時(shí)代的科技領(lǐng)導(dǎo)力，甚至包括經(jīng)濟(jì)安全、信息安全和國家安全在內(nèi)的諸多關(guān)鍵價(jià)值。對(duì)于我國而言，量子科技已經(jīng)成為信息通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵底層技術(shù)之一，影響著國家科技進(jìn)步、國防、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的新產(chǎn)業(yè)、新體系的構(gòu)建。
那么，面對(duì)這樣的一個(gè)新領(lǐng)域，作為普通大眾的我們，又如何去理解呢?量子計(jì)算的背后究竟蘊(yùn)藏著什么“寶藏”，值得國家與市場如此關(guān)注?
量子計(jì)算， 藏著一只“薛定諤的貓”
首先，量子計(jì)算為什么重要?
簡單來說就在于，量子計(jì)算機(jī)可以突破完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以、甚至是無法做到的事情。兩者之間的差距，也是最直接的表現(xiàn)，莫過于2019年谷歌的實(shí)驗(yàn)證明——在世界第一超算Summit需要計(jì)算1 萬年的實(shí)驗(yàn)中，谷歌的量子計(jì)算機(jī)只用了3 分20秒。
這一點(diǎn)不得不令人驚訝于量子計(jì)算的突破性。眾所周知，在未來的數(shù)字時(shí)代，我們與計(jì)算的聯(lián)系將更加緊密，任何智能化的設(shè)備或應(yīng)用程序，都得有賴于計(jì)算能力的支持。而量子計(jì)算恰恰是為計(jì)算的突破性發(fā)展提供了一個(gè)非常關(guān)鍵的方向。
這就是為什么從國家到市場都是如此高度重視。
其次，量子計(jì)算為什么具備這么強(qiáng)大的計(jì)算能力呢?
從定義來看，量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式，那么我們可以借助量子力學(xué)的經(jīng)典思維，即“薛定諤的貓”來簡化的去理解量子計(jì)算與傳統(tǒng)計(jì)算的差異。
“薛定諤的貓”概念圖
在盒子里的“薛定諤的貓”是處于“生”與“死”疊加的狀態(tài)——這是一種允許貓?jiān)?ldquo;生”與“死”兩種狀態(tài)之間存在的混合狀態(tài)。
投遞在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，我們可以把“生”與“死”簡化的理解為計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)語言“0”和“1”，即“生”就是“0”，“死”就是“1”，每一個(gè)計(jì)算單元形同一只盒子里的“薛定諤的貓”，生死疊加，0與1糾纏著，相當(dāng)于量子糾纏。
這種糾纏狀態(tài)可以在有限的資源里達(dá)到最大化的計(jì)算結(jié)果。簡單的舉個(gè)例子，對(duì)比一下傳統(tǒng)計(jì)算與量子計(jì)算的差異。
同樣是兩個(gè)計(jì)算單元，限制其他計(jì)算條件：
①傳統(tǒng)計(jì)算 (0)(1)——只是一個(gè)既定的結(jié)果。
②量子計(jì)算 (0/1)(0/1)——因?yàn)榱孔蛹m纏的原因，根據(jù)計(jì)算需要可以呈現(xiàn)出四種結(jié)果，如(0)(0)、(0)(1)、(1)(0)、(1)(1)，可見量子計(jì)算的優(yōu)越性。
這種優(yōu)越性隨著計(jì)算單元的增加，而繼續(xù)以倍數(shù)效應(yīng)擴(kuò)大，進(jìn)而能完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以完成的計(jì)算工作量。當(dāng)然，這樣僅做簡化理解，量子力學(xué)的深?yuàn)W遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎于此。
究其原因，也在于量子的不確定性。生死疊加的貓，我們無法定義，而量子糾纏下的量子計(jì)算，也需要這一只“薛定諤的貓”基于計(jì)算需要在“生”與“死”之間不斷坍塌變化，掌握這種變化是量子計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵。
以“不確定”的狀態(tài)來尋求“確定”的未來， 量子計(jì)算需要科技探路者
如果可以借助量子計(jì)算突破現(xiàn)有的計(jì)算能力上限，那么對(duì)于未來的科技革命與產(chǎn)業(yè)升級(jí)而言，無疑是具有關(guān)鍵的引領(lǐng)作用。
誠然，量子計(jì)算的優(yōu)越性來自于量子糾纏的不確定性，同時(shí)其突破的難點(diǎn)也在于此?？梢哉f，成也不確定性，敗也不確定性。
這種不確定性加劇了量子計(jì)算領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性，要成功的抓住這個(gè)未來，顯然不易。
其一，量子領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)必不可少，不確定的技術(shù)需要確定的上層引領(lǐng)。
量子計(jì)算的發(fā)展必須基于國家整體工程化程度來推進(jìn)，必須投入大量的人才、資源和精力來攻克技術(shù)難關(guān)和應(yīng)用場景，這也就意味著量子計(jì)算的發(fā)展與新基建的思路相近，是一次長期投入的過程。
那么，國家的上層引領(lǐng)，借助政策來調(diào)整大方向，做好頂層設(shè)計(jì)是必不可少的。事實(shí)上，各國深諳此道。美國的“國家量子計(jì)劃(NQI)”、歐盟的“量子宣言”旗艦計(jì)劃、英國的“國家量子技術(shù)計(jì)劃等等，都旨在從國家層面干預(yù)推動(dòng)量子科技領(lǐng)域的發(fā)展。
國家大力倡導(dǎo)發(fā)展量子科技
可以說，在量子研究這件事情上，各方基礎(chǔ)的缺失，也必然需要政府政策的引領(lǐng)，做好量子研究領(lǐng)域的“頂層設(shè)計(jì)”，從基礎(chǔ)教育、研究、應(yīng)用等模塊提供一個(gè)明確的方向來推動(dòng)整體發(fā)展。
因此，國家上層的強(qiáng)調(diào)對(duì)于量子研究領(lǐng)域的從業(yè)者來說，是一個(gè)非常振奮人心的信號(hào)。“領(lǐng)導(dǎo)在講話中把量子科技提高到促進(jìn)國家高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全的高度，這是從未有過的，既是對(duì)我國量子科技發(fā)展的肯定，同時(shí)也為量子科技發(fā)展指明了方向。”業(yè)內(nèi)人士對(duì)此高度贊肯。
其二，技術(shù)先行，市場為主，企業(yè)理應(yīng)成為量子領(lǐng)域的探路者。
以百度的AI新基建來看，市場對(duì)于新技術(shù)的檢驗(yàn)與應(yīng)用具有顯著的促進(jìn)作用，那么在新技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)程上，企業(yè)的價(jià)值是需要，也是必須被發(fā)掘的。在國外，谷歌、微軟、IBM、英特爾等企業(yè)率先布局，成為量子研究與應(yīng)用領(lǐng)域的中堅(jiān)力量。
據(jù)IDC預(yù)計(jì)，2027年，全球量子計(jì)算市場規(guī)模將達(dá)到107億美元，較2017年相比，10年內(nèi)增長超過40倍。也就是意味著，未來量子計(jì)算將爆發(fā)出巨大的商家價(jià)值，或?qū)⑹且粋€(gè)以市場驅(qū)動(dòng)為主的新領(lǐng)域。
那么，我國想要抓住量子科技領(lǐng)域的機(jī)會(huì)，打造先發(fā)的科技優(yōu)勢(shì)，必然需要聚焦在量子計(jì)算領(lǐng)域的國內(nèi)核心玩家，率先從市場化的角度開展量子研究探索。
當(dāng)然，對(duì)于企業(yè)而言，自發(fā)的量子布局也是非常重要的。比如，國內(nèi)的核心玩家之一百度，早在2018年，便成立了量子計(jì)算研究所，用于開展量子計(jì)算軟件和信息技術(shù)應(yīng)用業(yè)務(wù)研究，通過廣泛地開展量子技術(shù)儲(chǔ)備、頂尖人才培養(yǎng)以及量子生態(tài)構(gòu)建，來迎接量子時(shí)代的到來。
而正是這樣的率先布局，使得百度躍居成為量子計(jì)算領(lǐng)域的翹楚。在知名投資咨詢公司Investor place評(píng)選出的全球未來十年值得買入的七大量子計(jì)算股票中，百度便成功登榜，再度展示了其在量子計(jì)算領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
七大量子計(jì)算股票榜單
當(dāng)然，提早的布局意義并不只是在于登榜，而是借助市場主體的探索來找到未來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化與場景應(yīng)用的最佳路徑。百度量子作為量子計(jì)算應(yīng)用的率先探路者，正在以其實(shí)踐模式影響著行業(yè)發(fā)展。
在百度世界2020上，百度研究院量子計(jì)算研究所發(fā)布了國內(nèi)首個(gè)云原生量子計(jì)算平臺(tái)量易伏QUANTUM LEAF，同時(shí)并全面升級(jí)量脈Quanlse、量子機(jī)器學(xué)習(xí)工具集量槳Paddle Quantum，進(jìn)一步打通量子計(jì)算到新技術(shù)，如AI，以及應(yīng)用場景的壁壘。而其他從業(yè)者則可以借助百度量子平臺(tái)來完成與量子計(jì)算相關(guān)的應(yīng)用開發(fā)。
百度的量子平臺(tái)全景圖
可以說，抓住應(yīng)用與研究并進(jìn)，使得新技術(shù)的發(fā)展能更快投入市場，創(chuàng)造價(jià)值，百度等科技企業(yè)的堅(jiān)定探索與前瞻布局，對(duì)于量子計(jì)算的發(fā)展無疑是非常重要的。
其三，量子科技也是新基建的一部分，人才底座是最關(guān)鍵的基礎(chǔ)。
在百度量子科普課堂上，百度研究院量子計(jì)算研究所所長段潤堯談及目前國內(nèi)的量子研究現(xiàn)狀，說道：“我們國內(nèi)還有很多科研院校，現(xiàn)在國內(nèi)幾乎沒有量子計(jì)算和量子科技相關(guān)的專業(yè)。”
百度研究院量子計(jì)算研究所所長段潤堯
如同段潤堯教授所說的，國內(nèi)量子領(lǐng)域的人才欠缺對(duì)于量子計(jì)算的發(fā)展而言，是一個(gè)巨大的阻礙。數(shù)字技術(shù)的角逐本質(zhì)是一場人才投入的比拼。在AI領(lǐng)域，中美之間的關(guān)鍵差距之一就在于美國的AI核心人才積累遠(yuǎn)比中國的要多，而這也就直接造成了中國在AI基礎(chǔ)上的不足。
作為國內(nèi)AI領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，百度深知這一點(diǎn)。在量子計(jì)算領(lǐng)域，需要避免這方面的缺失。對(duì)此，段潤堯教授為企業(yè)抓住量子計(jì)算機(jī)遇給出的建議之一便是，培養(yǎng)頂尖人才。而這也是百度在近期內(nèi)多次開展量子科普課程的初衷之一，先給大眾普及量子科技，吸引大眾的興趣，能在廣泛范圍內(nèi)調(diào)動(dòng)大家關(guān)注量子領(lǐng)域，投身量子研究，助力發(fā)展。
誠然，量子科技的未來需要政府牽頭，更需要探路者，比如百度等科技企業(yè)，但并不能只有一個(gè)探路者，而是需要無窮無盡的量子研究學(xué)者、人才等等。當(dāng)更多的人投身其中，國內(nèi)的量子計(jì)算發(fā)展，才有確定的未來。
智能計(jì)算時(shí)代， 量子計(jì)算不可缺席
量子計(jì)算的時(shí)代來了。
更準(zhǔn)確的說，是數(shù)字計(jì)算的時(shí)代來了。
隨著AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等等新技術(shù)應(yīng)用，智能設(shè)備、智能應(yīng)用、智能場景在現(xiàn)實(shí)生活中的影響也越來越大，整體的社會(huì)運(yùn)作更加清楚的投映在我們的眼前——一個(gè)建立在計(jì)算之上的未來。
量子計(jì)算，作為進(jìn)一步突破計(jì)算能力上限的新技術(shù)，意義深遠(yuǎn)。于國而言，量子計(jì)算已經(jīng)被上升到促進(jìn)國家高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全的絕對(duì)高度，是未來亟待攻克的核心技術(shù)之一。
于產(chǎn)業(yè)而言，量子計(jì)算具有高度的鏈接驅(qū)動(dòng)能力，對(duì)于AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等等新技術(shù)所錨定的未來應(yīng)用場景都具有深刻的促進(jìn)作用。
對(duì)此，段潤堯教授分享到，“量子計(jì)算作為一種非常底層的核心技術(shù)，在現(xiàn)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用的很多場景里都可以找到。特別值得提的是安全場景，量子計(jì)算機(jī)擅長破解IS密碼系統(tǒng)，將來如何保護(hù)隱私，都是需要用量子方法去解決。量子安全計(jì)算、信息安全，以及量子和后量子密碼都會(huì)作為非常重要的研究方向。”
未來的數(shù)字時(shí)代，是計(jì)算的時(shí)代，如同AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等其他新技術(shù)一樣，跨向新時(shí)代需要不同的技術(shù)拼圖構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的底座，量子計(jì)算以計(jì)算突破為重，顯然是是不可缺席的。
大國崛起，也必然是在不確定的狀態(tài)抓住一個(gè)機(jī)會(huì)，量子計(jì)算也是如此吧!
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【完】
文 | 曾響鈴
來源 | 科技向令說(xiangling0815)
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