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华为：量子计算无“霸权”
本文作者：张帅 2018-10-15 17:51
导语：量子人工智能可能是未来的终极学习机器。
量子计算这一革命性事物被认为是面向未来的计算技术，大概率会成为未来AI和云计算的核心技术，在华为全联接大会第三天议程上，清华大学交叉信息研究院院长、图灵奖获得者、中科院院士姚期智作为主讲嘉宾，在阐述《人工智能理论新方向》这一主题时提到，量子人工智能可能是未来的终极学习机器。
华为：量子计算无“霸权”
之所以说是未来，是因为量子计算仍处于初生期，尽管量子计算相对今天的基于0和1比特的经典计算，是一种基于量子比特的革命性新型计算技术，但是量子计算机商用从硬件、软件、算法到系统均有非常多的技术挑战，是一个复杂的系统工程。
华为在量子计算方面也公布了其阶段性成果，发布了量子计算模拟器HiQ云服务平台，包含量子计算模拟云服务和量子编程框架。
业界领先的量子计算模拟云服务：包含分布式全幅度模拟器（云上最大可提供42量子比特模拟服务），分布式单幅度模拟器（云上最大可提供169量子比特模拟服务），首个量子纠错电路模拟器云服务（可模拟数万级量子比特电路，性能优于同类开源模拟器CHP的5-15倍）。量子计算模拟器是量子计算软硬件和算法研究的基础使能技术。
首发量子编程框架：兼容开源框架ProjectQ的同时，新增两个图形用户界面量子电路编排GUI（Graphical User Interface）与混合编排BlockUI（Block User Interface），使经典-量子混合编程更加简单和直观。可提前构建量子云用户和应用生态。
量子计算和传统计算相比除了硬件上本质的不同，量子软件和量子算法也需要革命性的变化，量子算法的研究可能给未来AI算法带来全新的思路，在量子计算硬件系统成熟之前，基于经典计算的模拟器在量子电路仿真和调测、量子算法的研究创新、应用软件的开发和验证上都将发挥重要作用，是量子计算研究和应用普及的必经之路。简单直观易用的量子编程框架，对于探索量子算法和应用的无限可能也非常重要。
姚期智院士在今年8月份表示，在量子计算的实现手段上，目前主流的超导、离子阱都已成为较为成熟和主流的技术，金刚石自旋量子计算和光量子计算机也取得了伟大的进步。但是量子计算是一个空前的领域，可以在全新的层面上检验我们的知识体系，但每一个进展都艰难而伟大，最终建立实际的量子计算体系将会是极其重大的挑战。
华为：量子计算无“霸权”
华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康
华为：量子计算无“霸权”
华为中央研究院量子计算软件和算法研究架构师、资深研究员张学仓
全联接大会期间，量子计算领域知名专家、南方科技大学量子计算研究所副所长、华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康，华为中央研究院量子计算软件和算法研究架构师、资深研究员张学仓博士接受了包括雷锋网(公众号：雷锋网)在内的媒体采访，提到了量子霸权等话题，雷锋网做了不改变原意的整理。
“量子霸权”实际上是量子优势
张学仓：
关于量子霸权，我们不太喜欢量子霸权这个词，实际上是量子优势。量子优势有两方面，一方面是在实际的量子计算机上实现经典计算不能解决的任务，另一方面理论上已经证明一些具体例子，量子计算机肯定比经典计算机快很多，它的优势比经典计算机巨大的多，这个从数学、算法上已经有很多证明。这也是为什么大家会投入很多钱做量子计算机的研发，因为理论上已经保证了，理论上已经保证会有巨大的优势。
翁文康：
量子霸权的意义关系到量子算法实现的两个局限：需要进行纠错和取多比特极限去定义计算复杂性。但是目前我们能控制的比特数不多，Preskill （量子计算里面教父级的人物）于是提出量子霸权的概念，建议我们先不考虑计算复杂性，因为我们没有这么多量子比特。
量子霸权要解决的问题，就是到底比特数到了什么程度，我们就可以超越了经典机的计算或者模拟能力，到那个时候我们就可以不再需要怀疑量子计算的价值。这个问题本身属于一个非常学术的问题，我个人也做了不少关于量子霸权的工作，国内也有同行和研究者非常努力地去攻克量子霸权的问题。
在机器之心编译的翁文康发表的《量子霸权的基础概念和可行方案》论文中提到，“或许一类更容易解决的问题是：我们考虑量子计算机何时能够执行某些明确（但不一定跟任何实际问题有关）的计算任务，这些任务在某个合理的时间内不能被当前任何经典计算机解决？这一状态的实现被称为「量子霸权（quantum supremacy）」。有人可能会问，能提供平方加速的 Grover 搜索算法如何？我们能说 Grover 算法实现了量子霸权吗？问题在于，量子霸权并不是取大 N 极限，而是要求我们确定需要多少个量子比特和量子门，经典计算机才没有办法在合理时间内模拟。”
雷锋网此前报道，阿里云量子技术首席科学家施尧耘就预测，2018年将出现量子霸权。不过至少到目前还没有哪家厂商宣布实现量子“霸权”，换句话说，就算实现量子“霸权”，也只是在某种程度上证明了量子计算突破了传统计算的极限，而“霸权”只是谷歌提出的目标，距离量子计算真正爆发还有很长一段路要走。
华为量子计算迈出第一步
翁文康：
在经典计算机的架构上，我们传统上按照摩尔定律的思路，不断地缩小器件工艺的尺寸，提高集成度去加速计算，但这个方法已经到了瓶颈。其实我们遇到的问题就是器件到了量子的极限，量子极限一个特性就是让器件变得不稳定。比如说电子已经不能被固定在一个位置了；我们已经不能准确定义到底什么是零，什么是一，所以逻辑比特变的不稳定。但是不稳定性的来源并不是说器件里面有什么杂质，有什么缺陷，极限完全是来自于量子力学这个物理原因。因为到了极微小的程度，电子遵守的规则其实是量子力学的范围。量子力学的规则就告诉你这个物理状态不能确定，它会变成零和一的叠加态，利用叠加原理可以建立一个更强大的量子计算器件。
第二，华为发布的量子计算模拟器HiQ云平台，是对量子计算这样的基础科研投入的第一步，华为将会持续布局量子计算。HiQ云平台包含了一个模拟器，还有一套编程框架。模拟器在云平台服务角度来看是业界领先的。HiQ云平台新增一个量子纠错模拟器，是业界第一次提出在云服务添加该功能。HiQ云平台的目的其实是科研和教育的使能平台，我们邀请企业界还有学术界的科研工作者、老师、学生一起来参与开发我们的平台，希望营造一个发展健康的量子计算科研、教育、人才培养的氛围。
从中我们不难看出华为的思路，在量子计算发展早期提供免费服务，来吸引外界对这一新兴事物的兴趣，也有助于华为云服务的发展。
量子计算是华为重视基础科研的体现
翁文康：
华为是一个非常注重技术的企业，也是非常注重投入基础科研。量子计算也属于一个非常前沿的技术，最近几年进展很快，在攀登量子计算这个珠穆朗玛峰的过程中可以积累很多有用的技术，带动科技的发展。所以华为对这方面是感到非常有兴趣，也会长期投入。
做一个量子计算机是非常复杂的系统工程，华为在过去ICT产业有硬件、软件、算法、和系统工程的深厚的积累，在量子计算研发的过程之中可以发挥很大的作用。
比如说这次发布的HiQ云平台，我们在软件并行架构能力、云服务器的性能方面，是同时进行优化的，不但达到云平台里面的指标是业界里面领先的，比如说全振幅，42个比特，单比特是81到169个比特，也有能力做到量子纠错电路模拟。这些都是我们华为团队努力的成果，也是根据华为自身的优势发展出来的。
张学仓：
量子计算很可能是会和经典计算互相补充利用。华为在经典服务器、云计算技术上有很好的积累，基于华为服务器和云计算的资源，华为现在做了很好的模拟平台。这个模拟平台会作为很好的工具，可以加速整个量子硬件和软件的研究。其实量子计算机除了量子的部分，还有操控系统，操控系统非常关键，是基于微波或者激光的技术，华为有很大的优势来做研究。
量子和人工智能。就我个人的角度，很赞同姚期智先生的观点，他认为未来是量子计算+自然智能，人工智能有几个很重要的要素，一个是算力，一个是算法，一个是数据。量子计算机最大的驱动力就是来自于某些情况下指数级近乎无穷大的算力潜能。人工智能的另外一个方面就是算法，因为量子计算的算法的思维方式跟经典的算法是完全不一样的，它会带来一些全新的算法视角。比如说现在已经有人研究量子算法，反过来启发了现在经典的算法能够做的更好。
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