量子计算遇上人工智能 会有什么火花？

曾经，量子物理和人工智能被认为是“油和水不能结合”如今，人工智能已被学术界和技术巨头视为量子计算的一个重要焦点。

谷歌、IBM、英特尔、微软和其他技术巨头不断高调展示量子计算的“技术肌肉”行为，这使得全球对量子计算的追求更加强烈。其中，中国相关企事业单位处于前列。

3月29日，微软研究人员宣布了他们在量子计算方面的一项重大突破。他们发现了天使粒子存在的有力证据:电子在特别准备的导线中分裂成两半。如果微软想要制造一台可以工作的量子计算机，这将是至关重要的。几天前，谷歌宣布其拥有“量子霸权”，当时它推出了72位通用量子计算机刚毛电子。同一天，百度宣布将在五年内建立一个世界级的量子计算研究所，并逐步将量子计算融入其业务。此后，阿里巴巴、腾讯和百度都进入了量子计算领域。

围绕量子计算巨头将有一场“十年竞赛”。

量子物理和人工智能(主要指神经网络技术)一度被认为是“油和水不能结合”。如今，人工智能已被学术界和技术巨头视为量子计算的一个重要焦点。

量子计算有许多疯狂之处。简而言之，它将把人类处理大数据的计算能力提高数万倍甚至数十亿倍。

这是什么概念？业界常用的一个例子回答了这个问题:“用目前最大、最好的超级计算机破解一个常用的RSA密码系统需要60万年，但用一台存储容量相当大的量子计算机不到3个小时。”

微软亚洲研究院的高级研究员陈伟说:“最快的计算机需要几百万年。量子计算机可能需要几秒或几分钟。”这使得传统计算机在量子计算机面前像算盘一样脆弱，这也是这个追逐计算能力的技术巨人疯狂迷恋量子计算的原因之一。

尽管路径不同，技术巨头们都在努力开发足够高精度的有效量子位(量子计算的构建模块)，以便真正可行的量子计算机问世。

英特尔正在研究各种量子位类型，包括在许多方面与传统晶体管非常接近的自旋量子位，这使得量子计算机有可能通过与传统计算机相似的工艺来制造。英特尔公司副总裁兼英特尔研究院院长迈克尔·梅伯里说:“我们的量子研究已经发展到以领先的工艺技术为基础。”

微软投资量子计算研究已经超过12年了。虽然很少披露研究进展，但拓扑量子位的研究是相对清晰的信息。微软的研究人员认为，与其他量子系统相比，拓扑量子计算系统可以用更少的量子位执行比传统计算机大几个数量级的运算。此外，拓扑量子比特的纠错过程直接建立在量子比特的物理机制中，这使得它更容易放大并提供可靠的结果。

从去年11月IBM发布的50量子位量子计算云平台到谷歌升级到72量子位，从电子计算机到量子计算机的飞跃似乎指日可待。

然而，与当前流行的“五年预测”不同，迈克尔·梅伯里说我们仍处于“玩具系统”时代。在真正可行的技术出现之前，大型科技公司之间将会有“十年的竞争”。

如何使量子比特统一稳定是目前最大的挑战

尽管已经有了许多实验结果和推论，但每个人都知道，在构建一个可行的大规模量子系统以保证精确输出方面仍然存在许多挑战。如果量子计算要真正实现它的巨大潜力，许多基本问题需要克服。

虽然量子计算在未来可能能够克服传统计算机无法解决的问题，但是如何统一和稳定量子比特是目前最大的挑战。

量子比特是“脆弱和挑剔的”。任何噪音甚至无意的观察都会导致数据丢失。它们需要在非常低的温度下储存，否则它们可能会被干扰和破坏。

温度有多低？比外太空冷250倍。尽管微软的拓扑量子位被认为比普通量子位更健壮，但它也是脆弱的，无法逃脱极度寒冷的保护。

迈克尔·梅伯里说:“虽然量子计算可能只需要一秒钟就能解决传统计算已经解决了几十年的数据问题，但创造一个良好的可控环境是先决条件。”

在今年的消费电子展上，英特尔交付给研发合作伙伴QuTech的49位量子计算测试芯片只有5厘米大小。然而，为了保持量子位极低的温度，仪器相当大，整个场景看起来像科幻电影中的胶囊孵化机器人。

尽管微软量子团队的负责人托德·霍尔姆达尔说，“我们有机会解决一系列以前不可能解决的问题。”然而，除了让量子位长时间处于量子态之外，如何设计一个可行的电子控制系统，以及如何在如此极端的操作环境下解决量子位封装问题？除非这些问题得到解决，否则量子计算机将很难进入应用市场。

同时，大多数构造量子位的方法需要大量的纠错，或者确保信息的可靠传输。微软的“有效操纵”研究，因为它直接指向量子计算的瓶颈，而谷歌刚刚宣布的72台量子电脑，被称为今年最重要的技术创新。

然而，量子计算是一项系统工程。即使微软和其他研究人员取得突破，也很难在一夜之间将纯物理与计算机科学结合起来，并将实验概念转化为产品。量子计算机的建立和实际应用还有很长的路要走。

与人工智能的结合有望带来显著的进步。

尽管仍有许多不确定性，但量子计算和人工智能的结合已经成为未来最受欢迎的科学技术，这得益于谷歌、微软、IBM和其他技术巨头的行动，他们正拼命向量子机器学习领域投入资金。

业界一致认为，量子计算可以在许多领域发挥重要作用，不仅有助于应对全球粮食短缺或气候变化等最棘手的挑战，而且有望在人工智能等领域取得重大进展。

微软量子计算研究员内森·威伯说:“如果我们有一台足够大、足够快的量子计算机，我们就能完全改变机器学习的所有领域。”

事实上，微软的拓扑量子计算机最早的用途之一是帮助人工智能研究者使用机器学习来加速训练算法。例如，人工智能助手小娜的算法训练时间从一个月缩短到一天。

从这个角度来看，量子计算就像是人工智能的辅助处理器，非常适合机器的深度学习。不仅如此，通常人工智能中的代码是静态的，即使结果是错误的，通用算法也不会自己修改。然而，量子计算机系统可以通过不断的学习自动设置程序、修改代码和处理以前从未遇到过的新数据。

粤港金桥投资合作伙伴罗浩源表示:“计算能力是人工智能的基础力量和核心资源。然而，随着人工智能的发展，需要计算的数据越来越多，硬件的堆积已经不能满足对更强计算能力的需求。此外，量子计算系统不仅可以处理海量数据，还具有自学习和自校正的能力。从这些角度来看，量子计算辅助的人工智能时代将颠覆我们最激进的想象。”

将量子计算与人工智能结合起来的机会是如此明显和重要。中国的优势是什么？

罗浩源说:“无论是在科技领域还是商业领域，我们都已经从‘观察’走向‘监管’。在人工智能领域，虽然中国起步较晚，但其人才、企业数量和研究实力并不逊于欧美国家。在量子计算领域，中国早就打下了良好的基础，开始了量子计算机的研究和开发