導讀：5月31日晚，176比特“祖沖之號”量子計算云平臺正式上線，面向全球用戶開放。這刷新了我國云平臺的超導量子計算機比特數(shù)紀錄，將進一步推動量子計算軟硬件發(fā)展及生態(tài)建設。 什么是超導量子計算機？量子優(yōu)越性是什么？量子計算領域要爭奪的下一座“天王山”是什么？為什么要與谷歌、IBM爭奪產業(yè)生態(tài)主導權？ 中國科學技術大學教授、“祖沖之號”量子計算總師朱曉波，“祖沖之號”量子計算常務副總指揮、國盾量子董事長彭承志接受觀察者網等媒體記者采訪，以下是經整理后的現(xiàn)場記錄，經受訪者審定，有一定刪減和調整。
受訪者朱曉波（左）、彭承志（觀察者網攝）
問：2021年的“祖沖之二號”有66比特，而今天我們上線的云平臺的“祖沖之號”同款量子計算機有176比特，請問技術進步主要體現(xiàn)在哪些方面？
朱曉波：
其實我們當時在2021年推出的“祖沖之二號”就是176比特，只不過對外公布的、可以讓外部接觸到“祖沖之號”是66個比特，還有110個比特是耦合比特，主要作用是大幅提升比特和比特之間的操控精度。這次“祖沖之號”上云，我們覺得有必要給公眾展示本來的面目，所以也提供了那110個比特的接口，使得公眾可以訪問到全部的176個比特，這就是我們做的升級。
彭承志：
“祖沖之二號”這個云平臺更多的是面向云端用戶。這次把所有的比特都向公眾開放，是想看看能不能碰撞出新的想法，同時也是想做一個聯(lián)系產業(yè)生態(tài)、向公眾科普的好平臺。
問：量子計算的原理是什么？量子糾纏、量子疊加是什么？
朱曉波：
量子糾纏是算力的基礎，如果一臺量子計算機連糾纏都沒有做到，那它是實際上就是2個量子比特放在那里，沒有任何關系。2個量子比特如果糾纏起來，就會有冪次方維度的增加，2個比特是4個維度，3個比特是8個維度，但是如果3個比特沒有糾纏起來就是3個2個維度，如果糾纏起來就是8個維度。比如12個比特，兩兩糾纏和12比特糾纏的對比，就是6組4個維度空間和2的12次方個維度空間的區(qū)別，這完全不是一個量級。所以量子糾纏是算力的基矗
“祖沖之”號超導量子計算機（觀察者網攝）
彭承志：
量子計算和傳統(tǒng)計算機的并行計算不一樣。并行計算每一個核可以獨立完成不同任務，量子計算不是，量子計算要求所有參與的比特必須能夠建立起量子糾纏，這種量子糾纏會幫助量子計算機在一些特定問題上體現(xiàn)出量子加速性能，所以要用實驗去證明這一點。
目前的量子計算機還不能提供通用算力，需要針對具體問題設計特定算法。為什么我們要針對隨機線路采樣問題做量子優(yōu)越性的展示？因為在這個問題上，量子計算機的加速特別明顯，能體現(xiàn)出更高的優(yōu)越性。在破解密碼上，Shor算法能夠大大提升logN的計算速度。
我們現(xiàn)在所處在階段是，要把量子計算機要做好，還要尋找更好的算法，解決在現(xiàn)實生活中有應用價值的問題。只有解決了這幾個問題，量子計算才能真正迎來廣泛使用的春天。
問：剛才提到的“量子優(yōu)越性”是什么？
朱曉波：
量子優(yōu)越性在國外有一個更加響亮的名字，叫量子霸權。實際上，它是指從學術上找一個問題，估計在經典計算機中的復雜度，也就是對要花多少時間或者要多少存儲器嚴格度量，最后拿這個問題放到量子計算機中進行計算，再做比較。這個問題，如果經典計算機完全沒辦法計算，只有量子計算機可以計算，或者用經典計算機中最牛的超算計算得需要幾萬年或者不可以實現(xiàn)，那我們就是可說這是量子霸權。后來，我們覺得“霸權”這個詞有點負面，用“優(yōu)越性”會更準確。簡單來說，就是經典計算機在這個問題上算不過量子計算機。
糾錯，和谷歌、IBM爭奪下一座“天王山”
問：近兩年量子計算機領域都有什么進展？
朱曉波：
毫無疑問的是“祖沖之二號”、“九章”、“懸鈴木”、“北極光”這些量子計算機的量子優(yōu)越性被證明，對科學家們來講，這是非常大的里程碑。
第一，理論上，量子計算機有比經典計算機更優(yōu)越的地方，現(xiàn)在我們終于用實驗證明之前的物理理論是對的，量子計算機就是算得過經典計算機。第二，谷歌和我們都做了一些“糾錯”的原理類驗證，證明量子計算在原理上沒有問題。將來，我們如果要做一個通用的量子計算機，就要把錯誤降下來。這就是最近兩年做量子計算領域的進展。
彭承志：
“糾錯”這個問題確實是非常重要。量子比特每一次“門”操作都是有錯誤率的，這樣的錯誤可以累積下去，可能一個比特操作幾十次后，被發(fā)現(xiàn)變成沒有意義的東西�，F(xiàn)在很多團隊宣傳量子比特數(shù)量，目前，確實可以打印出1000個比特，但不能對它進行有深度的操控，第一千個比特和第一個比特根本連接不起來，是沒有意義的。實際上，我們要把量子計算機做到可以和經典計算機一樣基本沒有錯誤。實現(xiàn)了糾錯以后，量子計算才具有真正的意義。
以前，糾錯是越糾越錯，朱老師說的“原理類驗證”，是說現(xiàn)在我們證明可這個糾錯可以越糾越好，但是現(xiàn)在還不夠好。比如現(xiàn)在做兩、三百次就錯一次，最好幾百萬次才錯一次，這是量子計算機下一步要突破的“天王山”。
現(xiàn)在只是處于中間的一個節(jié)點，還沒有真正實現(xiàn)。我們希望在3-5年左右的時間里實現(xiàn)糾錯。這是繼證明“量子優(yōu)越性”以后，量子計算要實現(xiàn)的的第二個里程碑，也是要爭奪的“天王山”。我希望朱曉波的團隊能率先實現(xiàn)。不過不管將來誰率先實現(xiàn)，都是人類在計算領域的巨大進步。我們也期待這一天能夠早點到來。我們希望把具備糾錯能力的云平臺在3年左右的時間內發(fā)布出來，到時不僅要做到糾錯，還要能夠展示一些具有應用價值的量子優(yōu)越性。
未來3-5年內，誰能率先實現(xiàn)這些，誰就能真正用這個云平臺去賺錢。不只是面向興趣用戶和科研用戶，而是可以真正售賣算力。再往后，10-15年左右的時間看能不能推出一個通用量子計算機云平臺，幾乎沒有錯誤，可以實現(xiàn)所有的量子優(yōu)越性，比如量子計算、量子組合優(yōu)化、量子破譯密碼、量子氣象預報……不僅僅提供某一類的算力，而是幾乎在所有量子優(yōu)越性可以展示的地方，都可以有很豐富的算力。
總之，量子計算的算力在3-5年內能實現(xiàn)售賣就是我們想做的事情，也是外國關注的焦點。
問：那么，量子計算還不能單獨提供通用算力，今后我們是不是要朝著量子計算和經典計算融合的路徑發(fā)展？
彭承志：
“超量混合”的根本思想，是把超級計算機和量子計算融合起來，融合的方式是希望把經典計算機算不了的問題，或者計算比較困難的問題，或者算起來能耗比較高的問題，轉到量子計算上。只要量子計算能夠算得比超算經濟，就可以產生商業(yè)價值。
目前的量子計算機，更像服務器，而不是家庭計算機。說它像一臺服務器，是因為它跑在超算云端時，會更多地發(fā)揮整個計算任務中協(xié)助器的功能。早期的計算機中是有“協(xié)處理器”的，如果在某些方面，量子計算機能夠提供更經濟或者更有效的解決方案，就可能成為超算的協(xié)助處理器，這可能是更早、更容易看得到的應用路徑。
圍繞超量融合，我們接觸的合作伙伴也比較多，包括教學領域、金融研究領域，現(xiàn)在都還是試用，甚至有人工智能領域和我們合作發(fā)了一些文章，這也促使我們這次把云平臺做出來，讓更多人使用。這給我們帶來了更多靈感，推動了這個領域的進步。
問：量子計算在未來5-10內年可以達到百萬比特的水平嗎？我們可以做出電影《流浪地球》里MOSS那個程度的量子計算機嗎？
朱曉波：
MOSS在科幻片里是無所不能的，但即便我們做出通用的量子計算機，它能力的邊界到底有多大現(xiàn)在也不清楚。我們能確定的是，它能干什么事情，比如可以做量子優(yōu)化，可以解析密碼等等。但是大家要有一個基本共識，那就是它不可能什么事情都能干，量子計算機很可能是對傳統(tǒng)經典計算機的補充。我們可以把一些特別困難的問題交給量子計算機，把另外一些經典計算機處理的很好的問題還是交給經典計算機。所以二者應該是融合在一起，而不是誰完全把誰革了命。
中國不用“彎道超車”，只需保持領先
問：我們的量子計算能不能打破現(xiàn)有的摩爾定律和黃氏定律，從而實現(xiàn)彎道超車？今天上線的云平臺，能不能提供類似人工智能或者大模型方面的訓練？如果現(xiàn)在還不能提供，那么大概什么時候才能提供？
彭承志：
現(xiàn)在講得比較多的一句話是彎道超車，不管是彎道還是直道，大家都是想追上去的。
量子計算這條賽道比較好的一點是，現(xiàn)在全世界的研發(fā)團隊都處于早期，而且在比較早期的時候，我們中國的科研團隊就已經躋身世界前列了，所以不太可能要面臨像傳統(tǒng)半導體領域那種情況，就是路徑已經非常成熟了，我們得一步一步地追趕上來。從這個角度來說，我個人比較有信心，當然朱老師有他自己的想法。量子計算如果在未來成為人類算力的最強來源，那么中國人在這個領域里一定會有一席之地。
問：我們現(xiàn)在開放“祖沖之號”云平臺主要基于哪些考慮，有哪些新的問題和挑戰(zhàn)需要我們去解決？
彭承志：
為什么要做量子計算云平臺？第一個原因是不服氣。因為我們科研出身的人喜歡做從0到1的事情。IBM做云平臺的時候，我們已經有一個11個比特的云平臺，好幾萬的用戶在上面做過一些實驗。但當時云平臺能做到的事情確實很少，用戶們在上面玩一玩、做一做就結束了。
后來，也就是在兩年前，我們對那個云平臺進行了升級，吸引大量的科研用戶登錄，大家都好奇用云平臺能干什么，其他人在干什么，其中也有一些產業(yè)用戶在一起試用。
IBM和谷歌錢多，人也多，他們的云平臺說是開放給大家一起用，很不幸的是，谷歌的云平臺一直是申請制，我們中國的IP申請得不到通過，IBM的平臺也限制中國用戶的使用。因此，我們還是決定要自己做一個高性能的云平臺。
其實從科研的角度出發(fā)，做云平臺是件費力不討好的事情。因為大部分的工作不是在提升量子計算本身的性能，這方面90%以上的科學工作都已經在“祖沖之號”實現(xiàn)量子優(yōu)越性的過程中完成了。從資源的角度上看，我們不可能對云平臺進行無限的投入，但是如果后面有好的算法，好的研究方向，我們也會繼續(xù)開放新的云平臺來做這個事情，也會和合作伙伴一起做這個事情。
谷歌和IBM不帶我們玩？上云，生態(tài)之爭
問：目前超導量子計算機的產業(yè)生態(tài)進展如何？有沒有“卡脖子”的風險？
彭承志：
這么說吧，量子芯片來源于“祖沖之”團隊，來源于朱老師。我們也在配合朱老師開發(fā)系統(tǒng)，這和經典的電子學設備很相似，利用企業(yè)的優(yōu)勢，包括供應鏈管理、質量管理的優(yōu)勢，最后實現(xiàn)批量生產。用到的線纜等組件，都會有供應鏈上的伙伴提供。還有一部分是軟件，包括整個云平臺的架構、人機交互的編譯器的軟件等，正在通過軟件及其他合作伙伴，初步構筑這個生態(tài)。云平臺的特點是給大家用，用得越多越好，使用本身就是我們的財富。
朱曉波：
IBM的上云對生態(tài)推動做的更好，據我們所了解到的，他們有個幾百人的團隊在運營這個云平臺。好處在于，不管有沒有用，從軟件到硬件到應用等各個方面，IBM至少把整個生態(tài)都建起來了。
彭承志：
他們建立起自己的生態(tài)之后，就會有一套他們的編程語言、操作模式，現(xiàn)在世界各地的學者都在用他們的東西，還不讓我們用，這一點很不好，是讓我們很擔憂的。如果未來的量子計算都是用他們的操作系統(tǒng)或者編譯器……
朱曉波：
通過種方式，他們就培養(yǎng)了用戶習慣。大家已經喜歡用這套操作語言和這種操作模式了，再去學一套新的，成本就很高。他們做的就是這樣的事情，讓用戶從最簡單的開始學起。
彭承志：
他們從0到1，一步步邁得很好。從科研領域來講，他們在做的正是我們想用的，當然也會變成我們前進的動力。雖然做云這件事情有點吃力不討好，但是現(xiàn)在也是做了，并且得到了很多伙伴的支持。
云平臺上線主要承擔兩個職能，一是產業(yè)生態(tài)，一是公眾科普。云平臺本身更看重整個產業(yè)鏈的整合，從芯片到制冷機，再把自主可控的軟件生態(tài)做成云上可以服務的接口，這是一個大系統(tǒng)。我們還需要用云平臺來牽引目前不在量子計算領域，但對未來量子計算行業(yè)發(fā)展很重要的生態(tài)伙伴一起來做，這同時也是構筑產業(yè)鏈的過程。
問：這次“祖沖之號”上云，對市場有什么影響？
彭承志：
對市場，我們還沒有想會有什么的影響。坦白說，從技術角度來講，我們建立量子計算云平臺，更多是想牽引這個領域的產業(yè)生態(tài)。從市場角度來看，應該是為未來的市場發(fā)展打下一定的基矗如果現(xiàn)在問云平臺能夠牽引多大的市場？那它可能會一定程度地牽引市場發(fā)展，但是未必會有立竿見影的效果。
朱曉波：
我稍微補充一點，就像彭老師剛才所說的那樣，我們在量子計算領域起步較早，光量子計算和超導量子計算在國際上都至少處于第一方陣的位置，大家的水平都差不多。
但是我們現(xiàn)在有些風險需要防范，比如國內的量子計算被炒作得過于兇猛，使得原本該有的進步的、真實的面貌沒有被呈現(xiàn)給廣大公眾，這樣很有可能會“捧殺”我們這個領域。
在這里我要呼吁一下，我們的研發(fā)是一步一個腳印的，過多少個月就提升多少算力，現(xiàn)在我們還處于非常嚴肅的科研加技術迭代的階段，不是明天融一點資，發(fā)一點新聞，技術水平就上去了。實際上，這對會量子計算領域會產生非常大的傷害。
但是，只要我們不走偏，持續(xù)有資源投進來，既不浮夸，也不看不起自己，一步一步地走下去，那么在量子計算這個賽道上我們很有信心。我們有我們的國情，可以集中力量辦大事，甚至比他們還要早做到，這都是有可能的。
彭承志：
谷歌在這個領域更有雄心，但是我們堅信，沒人能單獨干成，要么一起干成，甚至，我們要領先干成，我們要去努力。
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