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：面臨著宗教與科學碰撞的17世紀哲學家們，普遍對此在（或者說上帝的表達形態(tài)）與宇宙空間的關系產生疑惑。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，已經有不少人相信：世界的本質就像薛定諤的貓，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；是神秘實驗室中關于“霸權”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？即使偶然有些量子計算的話題出來，大家也不過將其當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平臺 HiQ。這個平臺包括基于華為云經典算力構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，HiQ在嘗試將量子計算的相關研究開放和普惠，為科研與工業(yè)領域的“量子開發(fā)者”邁出第一步提供條件。

HiQ的發(fā)布，以及可能產生的產業(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：一聲并不遙遠的呼喚

今天的量子計算產業(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……這并不是兩伙科學家抬杠玩，而是在不斷的模擬與測試中，認識量子計算的產業(yè)規(guī)律，為可能到來的真正量子計算做出準備。

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，達成人類算力的無窮。

但這個目標顯然很遠很遠，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)一些量子計算產業(yè)展示出的“近期目標”。

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

他認為，量子計算與AI具有天然的可結合性。比如用機器學習解決量子計算中的諸多問題；借助AI技術抵消量子計算中的噪音；而量子計算也可以反作用于AI，探索神經網絡可能面臨的諸多問題。

這些例子表明，量子計算的應用或許會比我們想象的更近。在硬件架構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達成應用。

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

而這些，在今天世界范圍內還處在普遍的空白。

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

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

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

首當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的內存，這顯然不是一般研究者甚至機構所能負擔的。

模擬算力的稀缺，導致很多科研人員實踐自身想法、觀察調試結果，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。顯然這是對學術生命力的浪費。

再舉個例子，量子計算研究與產業(yè)探索中，往往還面臨著很多應用和開發(fā)難題。比如量子計算與經典計算的混合編程，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，這就導致量子計算面向應用時可能產生系列問題。

此外，量子計算機可能使用的超導材料，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，產生研究工作井噴的今天，卻普遍缺乏給學界、工業(yè)界進行學術探索、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業(yè)爆發(fā)和人才供應不足的巨大落差，最終造成產業(yè)機遇的惡性循環(huán)。

所以當務之急，是讓更多人可以進入量子計算的環(huán)境中，達成研究可能，培養(yǎng)研究習慣——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 以內的量子比特服務免費）模擬能力，可以為學術界與工業(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。

而HiQ的量子糾錯模擬器，則可用于糾錯碼編解碼器的設計，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，可以總結成這樣一句話：運用基礎條件，達成技術突破，解決普遍需求。

所謂基礎條件，是指華為廣泛的ICT技術與產業(yè)基礎，以及華為云的大規(guī)模算力支撐。華為在ICT技術上的優(yōu)化，讓HiQ得以用行業(yè)基礎設施的形態(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，也可以面向學界普遍開放。

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

而最終，學界與產業(yè)界獲得了新的研究基礎與人才培養(yǎng)設施。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。

當然，無論是邁向量子計算機的縱向上升，還是提高產學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，或者人類的設計與制造能力能夠抵達時，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：人類面對恐懼與不確定時，可以用科學確定未來的霸權。

量子天梯也許并沒有看上去那么遙遠，只要有人愿意從腳下的石板路開始修起。

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