首個(gè)具有實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性潛力的量子計(jì)算云平臺(tái)向全球開放
作者／IT時(shí)報(bào)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(gè)具有實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性潛力的量子計(jì)算云平臺(tái)對(duì)外開放，提供算力服務(wù)的是“祖沖之號(hào)”同款176比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。
只要上云，即可使用真實(shí)量子計(jì)算并非自此而始。2016年，IBM Quantum 第一次通過IBM Cloud對(duì)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(hào)幾無成功。
“別人越是封鎖我們，我們越要開放。”在接受《IT時(shí)報(bào)》在內(nèi)的媒體采訪時(shí)，“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算常務(wù)副總指揮、國盾量子董事長彭承志表示，量子計(jì)算正處于從原型機(jī)到專用機(jī)的攻堅(jiān)時(shí)期，國外科技巨頭通過量子云平臺(tái)開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)、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(xué)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(jì)算被認(rèn)為可能是最有效的“解藥”，也是屢屢被針對(duì)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(hào)”量子云平臺(tái)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(jìn)一步推動(dòng)量子計(jì)算軟硬件發(fā)展及生態(tài)建設(shè)方面，也具有更深遠(yuǎn)的意義。
據(jù)了解，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算總師朱曉波帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步攻關(guān)量子糾錯(cuò)，有望在2026年實(shí)現(xiàn)1000比特量子計(jì)算能力，保真度達(dá)6個(gè)9，即錯(cuò)誤率為百萬分之一，預(yù)計(jì)到2033年，實(shí)現(xiàn)可糾錯(cuò)的百萬比特量子計(jì)算，且可應(yīng)用于實(shí)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(shí)將跑贏科幻。
云端體驗(yàn)“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(dòng)全球算力大戰(zhàn)日趨白熱化。無論是英偉達(dá)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(xué)法案》，都讓“卡脖子”危機(jī)比以往來得更加疾風(fēng)驟雨。此前，多名國內(nèi)創(chuàng)業(yè)者曾對(duì)《IT時(shí)報(bào)》記者表示，希望中國的量子計(jì)算能盡快實(shí)現(xiàn)通用性，在另一個(gè)賽道上突破算力“封鎖”。
這并非是一種對(duì)“玄學(xué)”的信仰。經(jīng)過40多年的研究，量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)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(jì)算范式，核心任務(wù)是通過多量子比特的相干操縱來實(shí)現(xiàn)量子計(jì)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(gè)比特比作二維空間，2個(gè)糾纏的比特便是四維空間，100個(gè)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(xué)題，而量子上來就是2的n次方，計(jì)算能力差數(shù)百萬倍。
圖源：東方IC
2011年，加州理工學(xué)院理論物理學(xué)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(jì)算特定任務(wù)時(shí)，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算有著壓倒性優(yōu)勢。但在2019年之前，這個(gè)概念只存在于理論中，直至谷歌的第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)“懸鈴木”宣布，對(duì)一個(gè)53比特、20深度的電路采樣一百萬次只需200秒，最強(qiáng)的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit要得到類似的結(jié)果，需要一萬年。盡管谷歌得出的這個(gè)“差距”備受爭議，卻首次讓全球看到了量子計(jì)算落地的真實(shí)可能性。
截至目前，全球宣布實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的量子計(jì)算機(jī)有四臺(tái)，分別是美國谷歌的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)“懸鈴木”、加拿大Xanadu的光量子計(jì)算機(jī)Borealis、中國光量子路線的“九章”和超導(dǎo)路線的“祖沖之號(hào)”。
此次上云的量子計(jì)算機(jī)，1:1復(fù)刻了升級(jí)版的“祖沖之2號(hào)”，在66比特的芯片基礎(chǔ)上，新增110個(gè)耦合比特的控制接口，用戶可操縱的量子比特?cái)?shù)達(dá)到176比特，在全球量子計(jì)算云平臺(tái)中位居首位。
除了比特規(guī)模，其他涉及量子計(jì)算機(jī)性能的連通性、保真度、相干時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)上，“祖沖之號(hào)”云平臺(tái)接入的新一代量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)也瞄準(zhǔn)國際最高水平。不過朱曉波也坦言，位于實(shí)驗(yàn)室中的“祖沖之號(hào)”可同時(shí)操控176比特，是科研人員對(duì)各種參數(shù)、算法不斷調(diào)優(yōu)至極致后最終實(shí)現(xiàn)的，而這臺(tái)位于國盾量子公司的“雙胞胎”，仍需要在實(shí)際中不斷調(diào)試提升性能。
“行云流水”的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同
5月31日晚，“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算云平臺(tái)正式啟動(dòng)�！禝T時(shí)報(bào)》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(jì)算機(jī)使用權(quán)限，仍需向客服申請。
根據(jù)平臺(tái)說明，使用云平臺(tái)時(shí)，測試者需編寫專業(yè)量子程序，并使用Python調(diào)用量子計(jì)算云平臺(tái)SDK，隨后量子程序會(huì)被遠(yuǎn)程發(fā)送至量子計(jì)算機(jī)，在云端完成編譯、運(yùn)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(yùn)行結(jié)果。
如此行云流水的背后，是一次產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的經(jīng)典案例。為了將高性能的量子計(jì)算機(jī)真機(jī)開放給社會(huì)，量子創(chuàng)新研究院提供了“祖沖之號(hào)”同款量子計(jì)算芯片，國盾量子負(fù)責(zé)測控設(shè)備等硬件設(shè)施，承擔(dān)了整機(jī)和云平臺(tái)系統(tǒng)的搭建及運(yùn)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(hào)”量子云平臺(tái)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(hù)昂貴的量子硬件設(shè)備的情況下，進(jìn)行量子計(jì)算研究與應(yīng)用。比如，平臺(tái)可以為學(xué)生、教育工作者和自學(xué)者提供一個(gè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐量子計(jì)算原理的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；研究人員和開發(fā)人員可以使用量子計(jì)算云平臺(tái)測試新算法、優(yōu)化現(xiàn)有算法并研究量子計(jì)算的各種應(yīng)用；企業(yè)用戶可以借助量子計(jì)算云平臺(tái)探索量子計(jì)算在各行業(yè)的潛在應(yīng)用，例如材料科學(xué)、金融、藥物研發(fā)和優(yōu)化問題等。
發(fā)布會(huì)當(dāng)晚，多場實(shí)驗(yàn)在云平臺(tái)上進(jìn)行了現(xiàn)場演示，從結(jié)果來看，模擬簽名等經(jīng)典計(jì)算領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)的AI應(yīng)用，已有較為不錯(cuò)的結(jié)果。
朱曉波對(duì)此謹(jǐn)慎地表示，云平臺(tái)還不能直接提供算力，只能算量子研究的“大號(hào)玩具”。不過，作為首個(gè)在全球超導(dǎo)量子路線上具有實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性潛力、對(duì)外開放的量子計(jì)算云平臺(tái)，它將可以讓公眾真正體驗(yàn)到“量子優(yōu)越性”，“這是極有價(jià)值的。”
拒絕“歷史重演”
投資界有一條被奉為圭臬的“時(shí)光機(jī)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(dá)市場的經(jīng)驗(yàn)開發(fā)相對(duì)落后的市場，仿佛坐上時(shí)光機(jī)，穿越過去和未來。
如今，全球掀起一場“算力戰(zhàn)爭”，量子計(jì)算成為各國科技競爭的主要戰(zhàn)場，誰都有可能坐上“時(shí)光機(jī)”，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(jī)構(gòu)CB Insights近日出具的一份報(bào)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?yán)昧孔佑?jì)算，在其整個(gè)業(yè)務(wù)中推進(jìn)人工智能計(jì)劃，甚至為此開發(fā)了用于構(gòu)建量子機(jī)器學(xué)習(xí)模型的開放的源代碼平臺(tái)TensorFlow quantum；IBM則擁有100多項(xiàng)量子計(jì)算專利，是其他幾家大型公司之和；最近的“當(dāng)紅炸子雞”英偉達(dá)，早在去年便發(fā)布了用于加速量子計(jì)算的軟件開發(fā)工具包c(diǎn)uQuantum，并與IBM、Xanadu等多家公司合作，以不斷擴(kuò)大的生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)協(xié)作進(jìn)入量子計(jì)算市場，創(chuàng)建量子計(jì)算的編程模型。
顯然，經(jīng)典計(jì)算領(lǐng)域的“先驅(qū)們”，希望歷史在量子計(jì)算領(lǐng)域重演，而中國是他們最為忌憚的對(duì)手，IBM、谷歌的量子云平臺(tái)都對(duì)中國關(guān)起了大門，但中國的科學(xué)家們拒絕“歷史再現(xiàn)”。
“從科研角度看，做量子云平臺(tái)費(fèi)力不討好，可必須要做。”彭承志表示，西方科技巨頭對(duì)中國的“封鎖”恰恰也是一種動(dòng)力，“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算云平臺(tái)向全球開放，將打破新的“世界霸權(quán)”，促進(jìn)中國量子計(jì)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(xué)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(gè)零部件，就算國產(chǎn)性能還比較差，我們也會(huì)堅(jiān)持國產(chǎn)化，但會(huì)向廠商提出要求，希望達(dá)到我們的指標(biāo)。”朱曉波透露，目前，除了半導(dǎo)體制作設(shè)備暫時(shí)還無法實(shí)現(xiàn)全部國產(chǎn)化之外，“祖沖之號(hào)”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(jìn)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(shí)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(dān)心，近幾年國內(nèi)量子計(jì)算炒作過于兇猛，原本的真實(shí)面貌不能呈現(xiàn)給廣大公眾，真正的量子計(jì)算研究反而會(huì)被“捧殺”，他呼吁整個(gè)行業(yè)要沉下心來，“我們正處于嚴(yán)肅的科研加速技術(shù)迭代階段，浮夸只會(huì)傷害這個(gè)領(lǐng)域，只要不走偏，一步步走下去，在這個(gè)賽道上我們很有信心。”
