首個具有實現(xiàn)量子優(yōu)越性潛力的量子計算云平臺向全球開放
作者／IT時報記者郝俊慧
編輯／ 潘少穎孫妍
在以量子為主角的未來，需要打破的“霸權(quán)”，不僅僅只有算力。
5月31日，全球首個具有實現(xiàn)量子優(yōu)越性潛力的量子計算云平臺對外開放，提供算力服務(wù)的是“祖沖之號”同款176比特超導(dǎo)量子計算機。
只要上云，即可使用真實量子計算并非自此而始。2016年，IBM Quantum 第一次通過IBM Cloud對外開放量子系統(tǒng)訪問。然而，近幾年來，“科技鐵幕”緩緩落下，IBM Quantum拒絕中國IP訪問，中國科研人員申請谷歌“懸鈴木”賬號幾無成功。
“別人越是封鎖我們，我們越要開放。”在接受《IT時報》在內(nèi)的媒體采訪時，“祖沖之號”量子計算常務(wù)副總指揮、國盾量子董事長彭承志表示，量子計算正處于從原型機到專用機的攻堅時期，國外科技巨頭通過量子云平臺開展科學實驗、軟件開發(fā)與應(yīng)用探索，提前構(gòu)筑量子生態(tài)，卻單單排斥中國量子科研人員，從而形成新的“科技霸凌”，“作為科學家，這事不能忍。”
在新一輪人工智能引發(fā)的算力焦慮中，量子計算被認為可能是最有效的“解藥”，也是屢屢被針對的中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)徹底突破“卡脖子”的希望來源。“祖沖之號”量子云平臺的推出，不僅僅能為全球科研人員提供量子科研服務(wù)，在進一步推動量子計算軟硬件發(fā)展及生態(tài)建設(shè)方面，也具有更深遠的意義。
據(jù)了解，中國科學技術(shù)大學教授、“祖沖之號”量子計算總師朱曉波帶領(lǐng)的團隊正在進一步攻關(guān)量子糾錯，有望在2026年實現(xiàn)1000比特量子計算能力，保真度達6個9，即錯誤率為百萬分之一，預(yù)計到2033年，實現(xiàn)可糾錯的百萬比特量子計算，且可應(yīng)用于實際問題。
《流浪地球2》中，幾乎無所不能的MOSS出現(xiàn)于2058年，或許，這一次現(xiàn)實將跑贏科幻。
云端體驗“量子優(yōu)越性”
ChatGPT引爆的AIGC熱潮，似乎讓人們摸到了通用人工智能的“大門”，也推動全球算力大戰(zhàn)日趨白熱化。無論是英偉達和AMD高端算力芯片被禁售中國，還是要求全球半導(dǎo)體廠商二選一的《芯片和科學法案》，都讓“卡脖子”危機比以往來得更加疾風驟雨。此前，多名國內(nèi)創(chuàng)業(yè)者曾對《IT時報》記者表示，希望中國的量子計算能盡快實現(xiàn)通用性，在另一個賽道上突破算力“封鎖”。
這并非是一種對“玄學”的信仰。經(jīng)過40多年的研究，量子計算機已經(jīng)進入落地階段，它創(chuàng)造出一種有別于經(jīng)典馮諾依曼架構(gòu)的計算范式，核心任務(wù)是通過多量子比特的相干操縱來實現(xiàn)量子計算。
拋開復(fù)雜的量子糾纏、疊加態(tài)等科技名詞，普通人只需記住結(jié)論：如果將一個比特比作二維空間，2個糾纏的比特便是四維空間，100個比特構(gòu)成的系統(tǒng)，便是2的100次方維度空間，就好像你只能用加法和乘法做數(shù)學題，而量子上來就是2的n次方，計算能力差數(shù)百萬倍。
圖源：東方IC
2011年，加州理工學院理論物理學家John Preskill首次提出“量子霸權(quán)”（國內(nèi)亦稱“量子優(yōu)越性”），即在計算特定任務(wù)時，量子計算對經(jīng)典計算有著壓倒性優(yōu)勢。但在2019年之前，這個概念只存在于理論中，直至谷歌的第一臺量子計算機“懸鈴木”宣布，對一個53比特、20深度的電路采樣一百萬次只需200秒，最強的經(jīng)典超級計算機Summit要得到類似的結(jié)果，需要一萬年。盡管谷歌得出的這個“差距”備受爭議，卻首次讓全球看到了量子計算落地的真實可能性。
截至目前，全球宣布實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的量子計算機有四臺，分別是美國谷歌的超導(dǎo)計算機“懸鈴木”、加拿大Xanadu的光量子計算機Borealis、中國光量子路線的“九章”和超導(dǎo)路線的“祖沖之號”。
此次上云的量子計算機，1:1復(fù)刻了升級版的“祖沖之2號”，在66比特的芯片基礎(chǔ)上，新增110個耦合比特的控制接口，用戶可操縱的量子比特數(shù)達到176比特，在全球量子計算云平臺中位居首位。
除了比特規(guī)模，其他涉及量子計算機性能的連通性、保真度、相干時間等關(guān)鍵指標上，“祖沖之號”云平臺接入的新一代量子計算機設(shè)計指標也瞄準國際最高水平。不過朱曉波也坦言，位于實驗室中的“祖沖之號”可同時操控176比特，是科研人員對各種參數(shù)、算法不斷調(diào)優(yōu)至極致后最終實現(xiàn)的，而這臺位于國盾量子公司的“雙胞胎”，仍需要在實際中不斷調(diào)試提升性能。
“行云流水”的產(chǎn)學研協(xié)同
5月31日晚，“祖沖之號”量子計算云平臺正式啟動。《IT時報》記者登錄網(wǎng)站（https://quantumctek-cloud.com），簡單注冊后便成功登錄，不過如需量子計算機使用權(quán)限，仍需向客服申請。
根據(jù)平臺說明，使用云平臺時，測試者需編寫專業(yè)量子程序，并使用Python調(diào)用量子計算云平臺SDK，隨后量子程序會被遠程發(fā)送至量子計算機，在云端完成編譯、運行與測試調(diào)試等一系列過程，測試者只需在本地等待并回讀線路運行結(jié)果。
如此行云流水的背后，是一次產(chǎn)學研協(xié)同的經(jīng)典案例。為了將高性能的量子計算機真機開放給社會，量子創(chuàng)新研究院提供了“祖沖之號”同款量子計算芯片，國盾量子負責測控設(shè)備等硬件設(shè)施，承擔了整機和云平臺系統(tǒng)的搭建及運維工作，并與中電科十六所、中科弧光量子等合作研制開發(fā)了關(guān)鍵核心器件、國產(chǎn)量子程序編譯語言和軟件，單前期投入已有數(shù)千萬元。
科研和科普，是“祖沖之號”量子云平臺開放的兩大原因。
通過“云”的方式，全球范圍內(nèi)的研究人員、開發(fā)人員和企業(yè)用戶，可以在不購買和維護昂貴的量子硬件設(shè)備的情況下，進行量子計算研究與應(yīng)用。比如，平臺可以為學生、教育工作者和自學者提供一個學習和實踐量子計算原理的實驗環(huán)境；研究人員和開發(fā)人員可以使用量子計算云平臺測試新算法、優(yōu)化現(xiàn)有算法并研究量子計算的各種應(yīng)用；企業(yè)用戶可以借助量子計算云平臺探索量子計算在各行業(yè)的潛在應(yīng)用，例如材料科學、金融、藥物研發(fā)和優(yōu)化問題等。
發(fā)布會當晚，多場實驗在云平臺上進行了現(xiàn)場演示，從結(jié)果來看，模擬簽名等經(jīng)典計算領(lǐng)域可實現(xiàn)的AI應(yīng)用，已有較為不錯的結(jié)果。
朱曉波對此謹慎地表示，云平臺還不能直接提供算力，只能算量子研究的“大號玩具”。不過，作為首個在全球超導(dǎo)量子路線上具有實現(xiàn)量子優(yōu)越性潛力、對外開放的量子計算云平臺，它將可以讓公眾真正體驗到“量子優(yōu)越性”，“這是極有價值的。”
拒絕“歷史重演”
投資界有一條被奉為圭臬的“時光機器理論”，指的是充分利用不同國家和行業(yè)之間發(fā)展的不平衡，以發(fā)達市場的經(jīng)驗開發(fā)相對落后的市場，仿佛坐上時光機，穿越過去和未來。
如今，全球掀起一場“算力戰(zhàn)爭”，量子計算成為各國科技競爭的主要戰(zhàn)場，誰都有可能坐上“時光機”，成為未來的蘋果和微軟。
關(guān)于生態(tài)和產(chǎn)業(yè)鏈的“量子暗戰(zhàn)”也已打響。全球知名市場研究分析機構(gòu)CB Insights近日出具的一份報告透露了谷歌、微軟、亞馬遜、IBM和英特爾雄心勃勃的量子路線圖，比如谷歌正嘗試利用量子計算，在其整個業(yè)務(wù)中推進人工智能計劃，甚至為此開發(fā)了用于構(gòu)建量子機器學習模型的開放的源代碼平臺TensorFlow quantum；IBM則擁有100多項量子計算專利，是其他幾家大型公司之和；最近的“當紅炸子雞”英偉達，早在去年便發(fā)布了用于加速量子計算的軟件開發(fā)工具包cuQuantum，并與IBM、Xanadu等多家公司合作，以不斷擴大的生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)協(xié)作進入量子計算市場，創(chuàng)建量子計算的編程模型。
顯然，經(jīng)典計算領(lǐng)域的“先驅(qū)們”，希望歷史在量子計算領(lǐng)域重演，而中國是他們最為忌憚的對手，IBM、谷歌的量子云平臺都對中國關(guān)起了大門，但中國的科學家們拒絕“歷史再現(xiàn)”。
“從科研角度看，做量子云平臺費力不討好，可必須要做。”彭承志表示，西方科技巨頭對中國的“封鎖”恰恰也是一種動力，“祖沖之號”量子計算云平臺向全球開放，將打破新的“世界霸權(quán)”，促進中國量子計算自主可控產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，有助于量子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的健康發(fā)展。
中國的科學家們從一開始便決心不能再被“卡脖子”。“我們一直很注意培養(yǎng)國內(nèi)供應(yīng)鏈，同樣一個零部件，就算國產(chǎn)性能還比較差，我們也會堅持國產(chǎn)化，但會向廠商提出要求，希望達到我們的指標。”朱曉波透露，目前，除了半導(dǎo)體制作設(shè)備暫時還無法實現(xiàn)全部國產(chǎn)化之外，“祖沖之號”幾乎所有的零部件都可以自己解決。
彭承志也表示，目前中國與全球最先進的量子研究站在同一起跑線，未來將是“你中有我，我中有你”的狀態(tài)，目前量子通信領(lǐng)域的一些專用器件，不僅實現(xiàn)了國產(chǎn)化，而且是國際上做得最好的芯片。
不過，朱曉波也擔心，近幾年國內(nèi)量子計算炒作過于兇猛，原本的真實面貌不能呈現(xiàn)給廣大公眾，真正的量子計算研究反而會被“捧殺”，他呼吁整個行業(yè)要沉下心來，“我們正處于嚴肅的科研加速技術(shù)迭代階段，浮夸只會傷害這個領(lǐng)域，只要不走偏，一步步走下去，在這個賽道上我們很有信心。”
