前卫的量子离普通人有多远？- 大数跨境

科技牛咨讯

2020-12-14

导读：量子科学、量子理论、量子计算，这些有关量子的前卫概念离普通人究竟有多远？

量子科学、量子理论、量子计算，这些有关量子的前卫概念离普通人究竟有多远？围绕这个话题，数字资产研究院学术与技术委员会主席、著名经济学家朱嘉明，中科院上海微系统与信息技术研究所研究员林志荣，本源量子计算公司副总裁张辉，华为首席科学家翁文康在《商业周刊/中文版》 The Year Ahead 展望论坛上“坐而论道”。这场讨论的主持人是数字资产研究院学术与技术委员会秘书长张爽。

林志荣：为什么人类看到的东西是连续的？

中科院上海微系统与信息技术研究所研究员林志荣介绍说，量子论大概是1900年时由普朗克提出来的。它有特定的历史背景：19世纪末期，物理科学在发展。物理科学是基于实验的科学，而通过实验的科学则发现，很多实验在当时是无法用理论解释的。为了从理论上解释黑体辐射能量分布，普朗克不得不假设这些原子谐振子的能量，不是连续的、离散的。这个概念被推广到在微观世界中，物理量是不连续的，是分离的量。人类通常的逻辑判断中，所有东西都是连续的。在物理学大部分实验中观测到物理量都是连续的，例如，光谱所有的东西还都是连续的。既然微观世界中所有的东西都是分离的，那为什么人类观测到的东西是连续的？这就引出了另外的概念，即“相干叠加”。这个概念的意思是在分离的东西里面是可以同时存在的，比如，假设有两个状态，比如原子里面两个状态，“0”和“1”是同时存在的，而这个同时存在就是量子力学很重要的概念——“量子叠加态”。这同经典的思维不一样。经典思维认为，粒子要么在这边要么在这边，不可能存在两个地方。为了反对量子力学，爱因斯创造一个假象实验：既然可以同时存在，我可以做两个粒子。这两个量子纠缠粒子，他们在空间是分开的，但是对一个粒子做操作会立刻影响另外一个粒子。这种现象是完全违背以前的经典的哲学逻辑的。但在量子世界当中，它是可以发生。这被称为量子纠缠。

量子计算为什么很重要？林志荣解释说，假设他现在想从这边去找一个人，正常的情况下，计算机现在的思维方式是把每个人都找一遍，最终找到A。然而，在量子力学中，如果产生一个状态，所有的东西之间都有关联的话，他不需要每个人都找一遍，而是通过关联性同时寻找，很快就知道A在哪儿，因为这是由于量子关联和加速。

翁文康：量子计算机是有可能在未来推进药物合成

华为首席科学家（量子计算软件与算法）翁文康提到，讨论量子计算机可能要区分两个概念，即到底是讨论通用的量子计算机，还是讨论专用的量子计算机。前者在过去的教科书中被描述过，大家希望做出未来的机器。目前来说，这样的机器面临着很大的挑战，特别是因为纠错问题，它有叠加的性能，同时也很脆弱。

量子的特性只能存在比较短的时间内，所以最后用大量的物理比特编码，这样一个逻辑比特，所以通用量子计算机是我们终极的目标。

大家一开始可能看到的是专用的量子计算机。这种专用量子计算机在教科书里是没有写的，因为当时那些作者还没有想像出来现在的这个时代。这种专用量子计算机有点像GPU或者是TPU作为一个加速器，可以用经典计算机同量子计算机混合用，去发挥作用。这样的模式在业界慢慢成熟。

关于专用量子计算机的应用，目前来说，学术界或业界慢慢在三个方向寻找：一、量子化学模拟。量子计算机是有可能在未来推进药物合成，有望节省很多的研发成本，以及提高研发效率。二、组合优化。例如，航线规划或者资源调配，又或者基站怎么布，量子芯片很有可能可以大幅度地加速组合优化。三、机器学习。这一块用量子芯片，有优势，因为量子芯片很多都是在极低温的情况下运行的，所以功耗可能是很低的。大家都知道，无论区块链，还是机器学习，现在都非常耗电。量子计算有可能在能耗上面实现大幅度减少。

科学家应该做什么事情？翁文康认为，现在要建造量子计算机的话，就好比当年造原子弹。现在，中国国内的大部分工程师对量子力学是不太懂的。有物理背景的研究人员，对工程也不太懂。那怎么把量子计算机做出来？这就需要摸清楚方向后进行合作，需要科学家攻关。

张辉：商业化还有非常长的一段路要走

主持话题探讨的张爽直言，大家其实真得不太懂量子力学，但是知道“遇事不决，量子力学”。在林志荣和翁文康阐述各自对量子等概念的理解之后，张爽将话题抛给创业阶段中的张辉：量子如何进行商业化？如果有商业化了，这种商业化处在哪个阶段？现在是否还是在旧的思维、传统思维的延长线上去规划量子计算的商业化途径？

对此，张辉回应说，本源量子创立至今才三年，在“商业”的这条路上仍在探索。量子计算距真正的商业化还有非常长的一段路要走，这是一条非常有挑战、非常艰难的一条路。它未来的想像空间非常巨大，但是在今天这个时间点，“我们还没有看到任何量子计算可以真正达到应用的程度”。

现在提及量子计算机，其实就好比蒸汽机当年刚发明出来时，它只有0.01马匹的动力。但是，新产品或新技术扩充了想象和试验空间，把蒸汽机用到马车上看是不是可以不需要马；把蒸汽机用到帆船上，看是不是不需要风力；把蒸汽机用到纺织机上，看能不能不需要依赖人力来纺织。

张辉提及，本源量子创始人2019年参加《央视大讲堂》时，主持人撒贝宁就说“所有现在老百姓能用钱买到的量子都是假的”。

他认可翁文康的说法，相信量子这个领域的想象空间非常大。相信未来五年，在专用的一些领域，可能会实现真正的“量子霸权”，即达到应用级别。2019年，在解决数学随机行走的问题上，谷歌宣称达到了量子霸权。“我们相信，接下来的3年至5年一定会看到相关的领域、方向，或者是解决某些问题的某些布置上，真正实现量子霸权，实现量子计算的突破。”

朱嘉明：量子技术的硬技术面临很多困境

在探讨量子话题的嘉宾中，德高望重的朱嘉明以压轴形式讲述了他对量子技术紧迫性的认识。2019年12月，他在广州南方科技大学组织了一个“量子技术和区块链”研讨会。之所以组织这个讨研讨会，是因为他意识到，如果量子计算在可以预见的未来发生重大突破，量子计算机出现，特别是基于量子科技的量子网络真得来临，原来的区块链理论和区块链技术基础，包括密码数学，讲哈希函数，都会发生根本性的动摇。不仅如此，还会波及到今天人们开始普遍关心的“数字货币、比特币”，甚至央行“数字货币”。所以，2019年的“量子技术和区块链”研讨会的核心思路是：假设量子科学的发展在近中期，在三年至五年之间发生实质性突破，例如出现“量子霸权”，会对原本的经典型区块链和经典数字货币，数字经济会发生这样的冲击，如何应对？现在虽然仅仅过去一年，全球范围内的量子科技不断有所突破，证明了关注量子科技的发展速度是新的必要的。

然而，朱嘉明直言，就像前面三位嘉宾描述的：在量子科技的发展方面，相关方面，包括相关学科的协调还是薄弱的。所以，他赞同说：讨论当下的量子技术的发展，不仅可以以1980年代的“星球大战”计划作为参照系，二战前后的“曼哈顿计划”也具有参考价值。因为，量子科技实在需要在特定的目标下，集结更多的学科部门和人才。

在量子技术的硬技术方面，实现创新和突破的难度是很大的。例如，芯片。但是，“我们完全可以在量子计算的软技术方面，例如，量子计算理论，量子技术软件方面，还是可以有所创新和可能突破的。量子计算机的软件，不是现在学的经典计算机或者古典计算机软件系统。这是巨大的领域，需要大量的人力投入。按照我的观察，在这方面，我们存在很大发展空间”。

关于量子技术的商业前景，朱嘉明指出：有两种商业前景：一是急功近利的商业前景。实事求是地说，量子技术在短期内很难达到对投资有较高汇报的商业效果。二是中长期的商业前景。量子技术的商业期间应该是乐观的，这是因为量子科技代表未来大趋势。以马斯克为例，他的商业体系建立在科技的中长期目标基础之上，并创造了一个将科技、资本，同人类的中长期发展方向结合在一起的模式，这是同马云不同的格局。朱嘉明提到，2019年，马云和马斯克在上海有一个面对面的对话。在对话过程中，两人的差别是非常大的。马云以地球人代表自居，对AI持有相对保守态度；马斯克代表火星人，主张火星移民，对AI充满激情和想象力。在两人的差别背后，其实是两种不同的商业模式，或者说科技商业模式的差别。朱嘉明说，真正的商业价值不应该急功近利，需要包含着对人类根本和长远命运的考察。

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