還記得電影《流浪地球2》中的智能量子計(jì)算機(jī)MOSS嗎？很多人說(shuō)《流浪地球2》不僅僅是科幻片，還是一部科技發(fā)展預(yù)告片，電影映射了大量現(xiàn)實(shí)中真實(shí)存在的科技脈絡(luò)，量子計(jì)算就是其中之一。 在現(xiàn)實(shí)中，傳統(tǒng)摩爾定律的終結(jié)，以及人工智能、大數(shù)據(jù)對(duì)于算力提出的更高要求，成為了量子計(jì)算領(lǐng)域快速發(fā)展的大背景和最大機(jī)遇，隨著全球各國(guó)不斷鼓勵(lì)并大力投資量子計(jì)算領(lǐng)域，量子計(jì)算的發(fā)展上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。

那么什么是量子計(jì)算？目前的量子計(jì)算都有哪些技術(shù)路線(xiàn)？與經(jīng)典計(jì)算不同，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，它與現(xiàn)有計(jì)算模式完全不同。在理解量子計(jì)算的概念時(shí)，通常將它與經(jīng)典計(jì)算相比較。經(jīng)典計(jì)算使用二進(jìn)制的數(shù)字電子方式進(jìn)行運(yùn)算，而二進(jìn)制總是處于0或1的確定狀態(tài)。量子計(jì)算借助量子力學(xué)的疊加特性，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算狀態(tài)的疊加。它不僅包含0和1，還包含0和1同時(shí)存在的疊加態(tài)(superposition)。量子計(jì)算有可能在幾分鐘內(nèi)解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要數(shù)萬(wàn)年才能解決的問(wèn)題。

目前，量子計(jì)算技術(shù)路線(xiàn)已呈現(xiàn)“百花齊放”態(tài)勢(shì)，處于超導(dǎo)、離子阱和光量子多種技術(shù)路線(xiàn)并行狀態(tài)。比如谷歌、IBM沿用了他們傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝，使用的是超導(dǎo)技術(shù)路線(xiàn)，IonQ、Quantinuum等公司使用的是離子阱技術(shù)路線(xiàn)。相比于超導(dǎo)“一馬當(dāng)先”，離子阱“不甘示弱”，光量子也“駛?cè)肓丝燔?chē)道”。光量子計(jì)算是利用光量子特性來(lái)進(jìn)行計(jì)算的技術(shù)，是一種主流的量子計(jì)算的技術(shù)，前兩種路線(xiàn)超導(dǎo)、離子阱都需要將芯片冷卻（超導(dǎo)技術(shù)路線(xiàn)需要至絕對(duì)零度、離子阱技術(shù)路線(xiàn)需要低于零下270攝氏度的超低溫），運(yùn)行條件較為苛刻，運(yùn)行成本高昂，阻礙了未來(lái)的實(shí)際部署使用。因此在部署可能性和系統(tǒng)可擴(kuò)展性上，光量子被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的技術(shù)路線(xiàn)。

雖然量子計(jì)算仍處于前期探索階段，但已經(jīng)取得一些重要進(jìn)展。作為面向全球科技創(chuàng)新交流合作的國(guó)家級(jí)平臺(tái)，中關(guān)村論壇始終關(guān)注量子計(jì)算領(lǐng)域的前沿技術(shù)、重大科研進(jìn)展，并促成了一系列該領(lǐng)域的重磅科技成果落地。

玻色量子的光量子計(jì)算機(jī)真機(jī)——天工量子大腦

2023中關(guān)村論壇上，我國(guó)首臺(tái)自研的100量子比特相干光量子計(jì)算機(jī)——“天工量子大腦”驚艷亮相?！疤旃ち孔哟竽X”擁有100個(gè)計(jì)算量子比特規(guī)模，求解速度比經(jīng)典優(yōu)化算法平均加速超過(guò)100倍，平均求解結(jié)果優(yōu)于經(jīng)典算法120%，而且核心器件實(shí)現(xiàn)了完全國(guó)產(chǎn)化。這些強(qiáng)大的“內(nèi)在”，也使得“天工量子大腦”成為萬(wàn)眾矚目的焦點(diǎn)，獲得了媒體的爭(zhēng)相報(bào)道。

本期小關(guān)對(duì)話(huà)聚焦光量子計(jì)算，對(duì)話(huà)“天工量子大腦”的制造者文凱博士，關(guān)注量子計(jì)算領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)和未來(lái)發(fā)展。

“量子計(jì)算上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，第二輪量子科技的革命不斷推進(jìn)，這些都從正面表現(xiàn)出大行業(yè)背景下的巨大機(jī)遇與挑戰(zhàn)。機(jī)不可失，我決定歸國(guó)創(chuàng)業(yè)，尋找量子計(jì)算在國(guó)內(nèi)的發(fā)展機(jī)會(huì)?！蔽膭P說(shuō)。

文凱博士和“天工量子大腦”合影

帶著“技術(shù)報(bào)國(guó)”、突破“卡脖子”技術(shù)的樸素想法，2020年11月，斯坦福大學(xué)海歸博士文凱和團(tuán)隊(duì)成員在北京成立玻色量子，成為當(dāng)時(shí)北京市唯一一家研發(fā)光量子計(jì)算的硬科技公司，聚焦實(shí)用型量子計(jì)算設(shè)備研發(fā)和商業(yè)應(yīng)用落地?！皩W(xué)而優(yōu)則創(chuàng)”，對(duì)文凱來(lái)說(shuō)，創(chuàng)業(yè)是水到渠成的選擇也是量子計(jì)算時(shí)代到來(lái)的呼喚。

在量子計(jì)算多種路線(xiàn)并存的情況下，文凱認(rèn)為，光量子是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的最佳途徑之一，也是破局NISQ（含噪聲的中等規(guī)模量子計(jì)算）時(shí)代的首選技術(shù)路線(xiàn)。比起其它技術(shù)路線(xiàn)，光量子計(jì)算不需要超低溫，且具有量子比特?cái)?shù)規(guī)模大、室溫穩(wěn)定運(yùn)行、相干時(shí)間長(zhǎng)等多方面的優(yōu)勢(shì)，在短期可實(shí)現(xiàn)工程化。因此，不管是從“用得上、用得起”的實(shí)用化部署考慮，還是從未來(lái)的發(fā)展?jié)摿ι?，光量子都具有較為突出的優(yōu)勢(shì)，因此，玻色量子將自己的賽道定位在光量子計(jì)算領(lǐng)域并志在掌握核心技術(shù)。

名詞解釋?zhuān)篘ISQ

Noisy Intermediate-Scale Quantum：中等規(guī)模(intermediat—scale)指量子計(jì)算機(jī)的量子比特個(gè)數(shù)大概在50至100這個(gè)范圍；含噪聲(noisy)是指所能操作的量子比特很不穩(wěn)定，噪聲干擾非常嚴(yán)重，限制了可用量子比特規(guī)模，去掉噪聲后能用于實(shí)際計(jì)算的“邏輯量子比特”極少。

摩爾定律的終結(jié)限制了電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展?jié)摿?，這為量子計(jì)算領(lǐng)域發(fā)展帶來(lái)最大機(jī)會(huì)。自動(dòng)駕駛、元宇宙等領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)對(duì)算力提出了更高的要求，人工智能大模型點(diǎn)燃算力爆點(diǎn)……隨著各行各業(yè)算力需求的不斷提升，量子計(jì)算將能充分發(fā)揮量子優(yōu)越性，徹底顛覆經(jīng)典計(jì)算解決復(fù)雜問(wèn)題的傳統(tǒng)方式，甚至從時(shí)間和結(jié)果上實(shí)現(xiàn)計(jì)算的雙重迭代。

量子計(jì)算擁有能為算力帶來(lái)飛躍式提升的“魔力”，在此情況下，人工智能和量子計(jì)算，在算力的“撮合”下，交匯出了巨大的想象空間。文凱和團(tuán)隊(duì)聚焦光量子計(jì)算路線(xiàn)，不斷完善量子計(jì)算對(duì)AI、大數(shù)據(jù)、生物醫(yī)藥等各類(lèi)問(wèn)題的計(jì)算加速應(yīng)用，以解決未來(lái)時(shí)代的算力需求，占領(lǐng)全球前沿硬科技發(fā)展先機(jī)。

文凱認(rèn)為，自從深度學(xué)習(xí)被提出以來(lái)，深度學(xué)習(xí)參數(shù)的高速提升和大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等都是AI快速發(fā)展的直接表現(xiàn)，而量子計(jì)算可以高效改善AI快速發(fā)展所帶來(lái)的算力瓶頸。從行業(yè)上看，基于量子力學(xué)的疊加和并行加速等原理，使得量子算法非常適于解決人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)中核心的最優(yōu)化（Optimization）過(guò)程類(lèi)問(wèn)題。《流浪地球》中展望的智能量子計(jì)算機(jī)MOSS不僅算力驚人，更具備了自我迭代、自我更新的特點(diǎn)。

“AI+量子計(jì)算”的結(jié)合也代表著“經(jīng)典+量子計(jì)算”結(jié)合的一種實(shí)用化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，在量子計(jì)算商用化沒(méi)有徹底爆發(fā)之前，這也是量子計(jì)算發(fā)展的“必經(jīng)之路”。

“相干光量子技術(shù)路線(xiàn)，通過(guò)對(duì)激光的精準(zhǔn)控制，不需要超低溫超導(dǎo)環(huán)境，在室溫下即可運(yùn)行，具有穩(wěn)定的狀態(tài)，穩(wěn)定的操控，和穩(wěn)定的結(jié)果，這‘三穩(wěn)’的特點(diǎn)。相干光量子計(jì)算架構(gòu)能大幅加速AI運(yùn)算，通常神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容量越高則性能越好，但計(jì)算復(fù)雜度隨之大幅增加，相干光量子計(jì)算架構(gòu)處理相應(yīng)復(fù)雜度計(jì)算只需要增加非常少的量子比特?cái)?shù)，即可大幅加速AI運(yùn)算，使算力指數(shù)級(jí)倍增”文凱說(shuō)。

量子比特?cái)?shù)是衡量量子計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)之一， 在業(yè)內(nèi)專(zhuān)家看來(lái)，100量子比特是驗(yàn)證量子計(jì)算工程機(jī)具備實(shí)用化優(yōu)勢(shì)的重要拐點(diǎn)，1000+量子比特代表量子計(jì)算機(jī)能充分發(fā)揮量子計(jì)算優(yōu)越性的重要起點(diǎn)，一旦量子比特?cái)?shù)量破萬(wàn)，這將意味著真正的量子霸權(quán)時(shí)代已然到來(lái)，量子計(jì)算機(jī)將完全碾壓大多數(shù)傳統(tǒng)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。

名詞解釋?zhuān)毫孔颖忍財(cái)?shù)

量子比特?cái)?shù)：在量子信息學(xué)中，量子比特（quantum bit）又稱(chēng)qubit，是量子信息的基本單位。量子比特?cái)?shù)是衡量量子計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。

國(guó)內(nèi)首臺(tái)100量子比特相干光量子計(jì)算機(jī)——“天工量子大腦”的發(fā)布就代表了這一重要拐點(diǎn)。隨著“天工量子大腦”的發(fā)布，玻色量子已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的真機(jī)測(cè)試與實(shí)用化場(chǎng)景驗(yàn)證，包括金融、云平臺(tái)、電力、通信等領(lǐng)域。

接下來(lái)，玻色量子還將啟動(dòng)“燎原計(jì)劃”開(kāi)發(fā)者平臺(tái)，并持續(xù)對(duì)外開(kāi)放“天工量子大腦”的真機(jī)測(cè)試，助力不同領(lǐng)域的研究伙伴了解相干量子計(jì)算的原理和能力，在此基礎(chǔ)上展開(kāi)共同研發(fā)，用量子計(jì)算去解決更多真實(shí)場(chǎng)景中的問(wèn)題，讓量子計(jì)算的超強(qiáng)算力能真正服務(wù)于各行各業(yè)，滿(mǎn)足未來(lái)時(shí)代對(duì)于計(jì)算的需求。

盡管量子計(jì)算距離市場(chǎng)爆發(fā)還為時(shí)過(guò)早，但量子計(jì)算正在悄然賦能各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

“比如在云平臺(tái)領(lǐng)域，也在持續(xù)對(duì)外開(kāi)放真機(jī)測(cè)試，完全融入中國(guó)移動(dòng)云完備的量子計(jì)算生態(tài)體系，成為量子計(jì)算云平臺(tái)的一部分，對(duì)于未來(lái)人們的日常生活，我們也致力于提供人人可用的量子云算力。”文凱介紹說(shuō)。

量子計(jì)算擁有巨大的潛力，但實(shí)現(xiàn)商用化、產(chǎn)業(yè)化還面臨諸多挑戰(zhàn)。

“我認(rèn)為要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，‘從理論優(yōu)越性走向?qū)嵱脙?yōu)越性’是重中之重，也是最大的挑戰(zhàn)。首先需要量子計(jì)算機(jī)本身的算力能夠達(dá)到實(shí)用化需求的門(mén)檻。當(dāng)可用于計(jì)算的‘邏輯量子比特’數(shù)達(dá)到數(shù)百比特規(guī)模時(shí)，并且能計(jì)算具有實(shí)際價(jià)值的問(wèn)題時(shí)，才可能體現(xiàn)出量子的應(yīng)用優(yōu)越性，這也是量子計(jì)算實(shí)用化的關(guān)鍵指標(biāo)。”

在文凱看來(lái)，每一個(gè)成就都是過(guò)去，每一個(gè)“當(dāng)下”都是真正最困難的時(shí)候。而他和伙伴們也將“咬定青山不放松”，將堅(jiān)持做“能用且有用”的實(shí)用化光量子計(jì)算機(jī)作為追求的目標(biāo)，目標(biāo)不達(dá)、奮斗不止、精進(jìn)不怠。

文凱博士在2023中關(guān)村論壇上發(fā)表了《實(shí)用化光量子計(jì)算機(jī)設(shè)備》主題演講

我國(guó)首臺(tái)自研的100量子比特相干光量子計(jì)算機(jī)——“天工量子大腦”在2023中關(guān)村論壇上展出

在2023中關(guān)村論壇上，玻色量子了解了國(guó)際領(lǐng)先的科技企業(yè)的多場(chǎng)景、高水平科技產(chǎn)業(yè)布局與應(yīng)用態(tài)勢(shì)，與各專(zhuān)家的面對(duì)面溝通與交流，也受到諸多啟發(fā)。

作為量子計(jì)算領(lǐng)域科學(xué)家，文凱希望通過(guò)中關(guān)村論壇這個(gè)面向全球科技創(chuàng)新交流合作的國(guó)家級(jí)平臺(tái)與更多合作伙伴共同探索量子計(jì)算在更多行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，也希望中關(guān)村論壇更多關(guān)注國(guó)內(nèi)外量子生態(tài)建設(shè)中的技術(shù)突破、產(chǎn)業(yè)布局、前景應(yīng)用等議題，為量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)上下游的企業(yè)進(jìn)行深入溝通與交流，碰撞更多的合作機(jī)會(huì)。

協(xié)同創(chuàng)新“量子+”，共赴量子計(jì)算新未來(lái)，中關(guān)村論壇將攜手更多像玻色量子這樣的新銳企業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)健康發(fā)展，開(kāi)啟量子計(jì)算的奇跡之門(mén)！