屬于眾生的量子計算

原標(biāo)題：屬于眾生的量子計算

世間的終極問題是什么？

亞歷山大·科瓦雷在《從封閉世界到無限宇宙》中描述了這樣一幕：面臨著宗教與科學(xué)碰撞的17世紀(jì)哲學(xué)家們，普遍對此在（或者說上帝的表達(dá)形態(tài)）與宇宙空間的關(guān)系產(chǎn)生疑惑。他們在忙不迭的彼此爭論中，努力揭示到底是什么推動了時空滾滾向前。

時間推移到21世紀(jì)，已經(jīng)有不少人相信：世界的本質(zhì)就像薛定諤的貓，是由波函數(shù)所描繪出來的，而不是可觀察的物理現(xiàn)象。

于是，量子計算就被放在了史無前例的重要位置上：它是消解人類數(shù)十年算力饑渴的終極答案；是神秘實驗室中關(guān)于“霸權(quán)”與“未知”的論證；是可以破解存在與空間謎題，隱秘在千萬星云外的終極鑰匙。

但是，等一下，問題也同時來了：是不是感覺量子計算離我們極其遙遠(yuǎn)？即使偶然有些量子計算的話題出來，大家也不過將其當(dāng)做振奮民族自信的新聞，亦或茶余飯后的談資。

量子計算，是不是真的棲息于世界之巔，隱身在幾個高等院校和科技巨頭的實驗室里，與我們這些平常人“了無牽掛”呢？

最近的一些跡象里，我們似乎開始尋覓相反的答案。10 月 12 日，華為在全聯(lián)接大會的最后一天，發(fā)布了量子計算模擬器云服務(wù)平臺 HiQ。這個平臺包括基于華為云經(jīng)典算力構(gòu)建的量子計算模擬器及量子編程框架。

假如用一句話形容HiQ的差異化特征，那么或許是這樣的：秉承著華為“致敬開發(fā)者”的基調(diào)，HiQ在嘗試將量子計算的相關(guān)研究開放和普惠，為科研與工業(yè)領(lǐng)域的“量子開發(fā)者”邁出第一步提供條件。

HiQ的發(fā)布，以及可能產(chǎn)生的產(chǎn)業(yè)波動，或許有比其能模擬的量子比特數(shù)更重要的價值。

因為如果我們看向更遠(yuǎn)的未來，或許會發(fā)現(xiàn)這是一場量子普惠運動的開始，很多心懷探索終極存在夢想的年輕人，或許可以在現(xiàn)在或者不久的將來，對Quantum的世界輕輕說一聲“Hi”。

屬于眾生的量子計算，正在變化與期待中慢慢孕育。

量子之用：一聲并不遙遠(yuǎn)的呼喚

今天的量子計算產(chǎn)業(yè)，或許說白了就是在做兩件事：一是嘗試用量子計算實驗挑戰(zhàn)最強的經(jīng)典計算；二是用超算來模擬最大量子比特數(shù)的量子計算……這并不是兩伙科學(xué)家抬杠玩，而是在不斷的模擬與測試中，認(rèn)識量子計算的產(chǎn)業(yè)規(guī)律，為可能到來的真正量子計算做出準(zhǔn)備。

而在這個過程中，我們會發(fā)現(xiàn)這樣一個現(xiàn)象：很多人都覺得，量子計算只有一個目的，就是造出通用量子計算機，達(dá)成人類算力的無窮。

但這個目標(biāo)顯然很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，但在不斷進行量子模擬與算力測試的過程中，我們會發(fā)現(xiàn)一些量子計算產(chǎn)業(yè)展示出的“近期目標(biāo)”。

這些目標(biāo)或許不直接關(guān)于“量子霸權(quán)”的實現(xiàn)，但卻與科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的諸多問題息息相關(guān)。比如量子化學(xué)模擬今天已經(jīng)有很多成果展現(xiàn)出來；再比如量子計算與AI的結(jié)合，在HiQ平臺的發(fā)布會上，華為量子計算首席科學(xué)家翁文康教授，同時也介紹了量子計算與AI結(jié)合的研究情況。

他認(rèn)為，量子計算與AI具有天然的可結(jié)合性。比如用機器學(xué)習(xí)解決量子計算中的諸多問題；借助AI技術(shù)抵消量子計算中的噪音；而量子計算也可以反作用于AI，探索神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能面臨的諸多問題。

這些例子表明，量子計算的應(yīng)用或許會比我們想象的更近。在硬件架構(gòu)與軟件層面的配合下，我們很可能在不久后見證量子計算技術(shù)達(dá)成應(yīng)用。

但問題也隨之而來，更近的應(yīng)用速率，正在呼喚更廣泛的研究基礎(chǔ)、更多的量子計算研究人才與工業(yè)人才，同時也需要學(xué)術(shù)界工業(yè)界調(diào)整出適合的量子計算研究習(xí)慣。

而這些，在今天世界范圍內(nèi)還處在普遍的空白。

雖然很多研究者，尤其是年輕人都在仰望量子計算的高塔，但要親身走過去卻并不那么容易。

量子天梯顯而易見，但通往天梯腳下的小徑卻藏身霧中

當(dāng)我們將量子計算看做一個產(chǎn)業(yè)的時候，會發(fā)現(xiàn)這個產(chǎn)業(yè)具有很奇特的表征：科技巨頭與頂級學(xué)府之間的“量子霸權(quán)之爭”永遠(yuǎn)閃耀在那里，引人注目。

但廣大院校、科研機構(gòu)、ICT產(chǎn)業(yè)從業(yè)者想要進入量子計算研究范疇，卻要經(jīng)歷無數(shù)不被注意的艱險。

首當(dāng)其沖就是算力的缺乏。我們知道，今天量子計算研究的最重要工具之一就是模擬，在模擬量子計算過程中驗證各種其可行性，同時也對其環(huán)境穩(wěn)定性、容錯率、實現(xiàn)機制等因素進行不斷的軟硬件優(yōu)化與調(diào)節(jié)。

但是科研人員想要找到合適的量子計算模擬器卻并不容易，想要全振幅模擬器模擬50個量子比特的話，需要的16PB的內(nèi)存，這顯然不是一般研究者甚至機構(gòu)所能負(fù)擔(dān)的。

模擬算力的稀缺，導(dǎo)致很多科研人員實踐自身想法、觀察調(diào)試結(jié)果，變成了一件奢侈的事情。往往需要各種審批流程，耽誤大量時間后才能獲得少量運算時間。顯然這是對學(xué)術(shù)生命力的浪費。

再舉個例子，量子計算研究與產(chǎn)業(yè)探索中，往往還面臨著很多應(yīng)用和開發(fā)難題。比如量子計算與經(jīng)典計算的混合編程，缺乏面對量子計算的軟硬件測試環(huán)境等等。量子器件不容易得到測試和評估，這就導(dǎo)致量子計算面向應(yīng)用時可能產(chǎn)生系列問題。

此外，量子計算機可能使用的超導(dǎo)材料，也是科研界面臨的問題之一。

總而言之，在量子計算人才需求不斷加強，產(chǎn)生研究工作井噴的今天，卻普遍缺乏給學(xué)界、工業(yè)界進行學(xué)術(shù)探索、研究成果模擬、軟硬件環(huán)境測試的平臺。

如果任由發(fā)展，未來我們或又將面臨產(chǎn)業(yè)爆發(fā)和人才供應(yīng)不足的巨大落差，最終造成產(chǎn)業(yè)機遇的惡性循環(huán)。

所以當(dāng)務(wù)之急，是讓更多人可以進入量子計算的環(huán)境中，達(dá)成研究可能，培養(yǎng)研究習(xí)慣——于是，華為的HiQ出手了。

量子歡迎你，為你“開天辟地”

相比于很多科技公司布局量子計算，第一手棋必然是刷量子比特模擬數(shù)，華為卻務(wù)實地選擇了量子計算模擬器云平臺與量子編程框架作為“先鋒”。

或許這個布局并沒有達(dá)成了某種“記錄”那么惹眼，卻真實解決了眾多量子計算研究者與開發(fā)者面臨的實際困難。

HiQ 量子計算模擬器，在全振幅量子計算模擬上可以支持 42 個量子比特的模擬；在單振幅量子計算模擬中，可以實現(xiàn) 81 個量子比特（40 層）甚至 169 個量子比特（20 層）的隨機電路模擬計算。

在云平臺上釋放并且部分免費（HiQ提供全振幅模擬 38 以內(nèi)的量子比特服務(wù)免費）模擬能力，可以為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界，用真實運行的量子計算模擬進行研發(fā)，打下重要的基礎(chǔ)。

而HiQ的量子糾錯模擬器，則可用于糾錯碼編解碼器的設(shè)計，對于破解量子計算中重要的糾錯問題提供測試環(huán)境。據(jù)了解，HiQ的量子計算模擬器首次集成糾錯量子電路模擬，可以實現(xiàn)數(shù)十萬量級量子比特的糾錯電路模擬，性能是同類模擬器的5-15倍。而HiQ量子編程框架則支持10余算法，還兼容開源框架ProjectQ。

在采訪中，翁文康教授在闡述HiQ面向的使用人群時，總是會提到一個稱呼：“量子計算愛好者”。這或有或無間向我們提醒，“量子計算”是可以有愛好者的。而且在一些新的條件下，這些愛好者可以做一些真實的工作——不用停留在對量子計算的畏懼里，或者沉浸在假想的繆斯中——這或許可以視作HiQ基于公有云，提供全套量子模擬與編程的某種初衷。

HiQ的價值，可以總結(jié)成這樣一句話：運用基礎(chǔ)條件，達(dá)成技術(shù)突破，解決普遍需求。

所謂基礎(chǔ)條件，是指華為廣泛的ICT技術(shù)與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，以及華為云的大規(guī)模算力支撐。華為在ICT技術(shù)上的優(yōu)化，讓HiQ得以用行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的形態(tài)呈現(xiàn)了出來；利用華為云提供的大規(guī)模并行計算能力，原本必須用普通人接觸不到的超算完成的量子計算模擬，也可以面向?qū)W界普遍開放。

在華為的基礎(chǔ)設(shè)施之上，華為量子計算團隊在高性能分布式內(nèi)存計算架構(gòu)、優(yōu)化量子門調(diào)度與融合等領(lǐng)域完成了創(chuàng)新突破，讓HiQ可以準(zhǔn)確實現(xiàn)開源性、準(zhǔn)確性與模擬算力間的平衡。

而最終，學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界獲得了新的研究基礎(chǔ)與人才培養(yǎng)設(shè)施。眾多年輕人在邁入量子之門時面臨的成本門檻，被以平臺普惠的方式消弭在了塵埃里。

當(dāng)然，無論是邁向量子計算機的縱向上升，還是提高產(chǎn)學(xué)研普遍研究能力的生態(tài)下沉，今天都還剛剛開始。

漢娜·阿倫特在《過去與未來之間》中說，只有當(dāng)人能夠涉足只有人類想象或者抽象能力才能企及的地方，或者人類的設(shè)計與制造能力能夠抵達(dá)時，人類才真正實現(xiàn)了對空間的征服。

從這個角度看，每多一顆求知欲旺盛的心靈，抵達(dá)量子計算的真實圖譜，人類對未知的勝算就加深了一分。

把量子計算還給更多人，還給未來，還給眾生——這或許是真正的量子霸權(quán)：人類面對恐懼與不確定時，可以用科學(xué)確定未來的霸權(quán)。

量子天梯也許并沒有看上去那么遙遠(yuǎn)，只要有人愿意從腳下的石板路開始修起。

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