量子計(jì)算機(jī)與人工智能為中國(guó)科技增加砝碼

    量子計(jì)算機(jī)與人工智能為中國(guó)科技增加砝碼！近日，中科院院長(zhǎng)白春禮在接受媒體采訪時(shí)表示，中科院正在研制中國(guó)首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，并預(yù)計(jì)在幾年之內(nèi)研發(fā)成功。量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力有多強(qiáng)？白春禮表示，如果使用“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)解一個(gè)億億億變量的方程組，需要花費(fèi)100年，而使用一臺(tái)萬億次的量子計(jì)算機(jī)的話，只需0.01秒。

    在量子領(lǐng)域，中國(guó)科技界已由“觀測(cè)時(shí)代”邁入“調(diào)控時(shí)代”，并取得了豐碩的成果。去年，中國(guó)成功發(fā)射了全球首枚量子通信衛(wèi)星，如今又將在量子計(jì)算領(lǐng)域取得革命性突破，中國(guó)在量子通信方面已然處于領(lǐng)先地位。

    量子計(jì)算能夠在許多領(lǐng)域起到重要作用，在人工智能領(lǐng)域尤甚?？梢哉f，人工智能想要取得進(jìn)一步發(fā)展，量子計(jì)算是絕對(duì)不可以被忽略的。反之，人工智能也可以對(duì)量子計(jì)算機(jī)起到優(yōu)化作用。

    在這種背景下，中國(guó)向量子計(jì)算領(lǐng)域拓展將會(huì)為在科技領(lǐng)域趕超歐美增加重量級(jí)砝碼，量子計(jì)算機(jī)在人工智能領(lǐng)域的重要作用，或許將引發(fā)連鎖反應(yīng)，推動(dòng)中國(guó)科技趕超歐美的步伐。

    一、量子計(jì)算使人工智能如虎添翼，或?yàn)槠鋷ベ|(zhì)的飛躍

    量子計(jì)算是一種依照量子力學(xué)理論進(jìn)行的新型計(jì)算，而量子計(jì)算機(jī)則是遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的根本區(qū)別簡(jiǎn)而言之就是計(jì)算能力超強(qiáng)，而這種區(qū)別源于二者存儲(chǔ)與運(yùn)算方式的不同。

    普通計(jì)算機(jī)采用的是二進(jìn)制算法，一個(gè)小晶體管中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)是固定的，不是0就是1。而量子計(jì)算機(jī)則不同，由于量子具有疊加態(tài)，故而量子運(yùn)算具備天然的并行運(yùn)算能力。這就相當(dāng)于一個(gè)人做一件事，要分步驟來做，而量子計(jì)算機(jī)等于增加了分身，可以同時(shí)做完這些工作再疊加給出結(jié)果，從而大幅提升效率。

    可以說，量子計(jì)算是一種更聰明、更智慧、更具自我處理能力和學(xué)習(xí)能力的運(yùn)算方式。這使得它可以在許多領(lǐng)域起到重要的推助作用，尤其是當(dāng)下大熱的人工智能領(lǐng)域。

    量子計(jì)算也被稱為人工智能協(xié)助處理器，非常適合AI及機(jī)器的深度學(xué)習(xí)。一般情況下，AI中的代碼是靜態(tài)的，哪怕結(jié)果是錯(cuò)誤的，普通算法也不會(huì)自己修改。而量子計(jì)算機(jī)則不然，系統(tǒng)能夠自動(dòng)設(shè)定程序，自行修改代碼，并通過不斷學(xué)習(xí)來處理之前從未遇到的新數(shù)據(jù)。如果說傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只有一根筋，那量子計(jì)算機(jī)則靈活多變。

    量子計(jì)算的重要性被越來越多的企業(yè)注意到，亞馬遜、谷歌、IBM以及微軟等科技巨頭紛紛在這一領(lǐng)域投入大量資源進(jìn)行研發(fā)。其中，谷歌于2013年與NASA（美國(guó)航天局）及USRA（大學(xué)空間研究聯(lián)合會(huì)）聯(lián)手構(gòu)建了量子人工智能實(shí)驗(yàn)室。

    當(dāng)時(shí)，谷歌AI實(shí)驗(yàn)室采用了512量子比特系統(tǒng)，旨在通過量子計(jì)算幫助研究人員建立精準(zhǔn)的AI模型，并將其應(yīng)用于網(wǎng)頁搜索、語音識(shí)別及蛋白質(zhì)折疊等。到了8月，谷歌證明了量子計(jì)算最多能比傳統(tǒng)計(jì)算快1億倍。

    計(jì)算能力是人工智能的根本動(dòng)力與核心資源。在20年前，一個(gè)機(jī)器人用32個(gè)CPU，能達(dá)到120MHz的速度。而如今2000個(gè)CPU和300個(gè)GPU（圖形處理器）使計(jì)算能力大幅提升。目前最受矚目的Alpha Go在與李世石對(duì)峙之時(shí)動(dòng)用了1920個(gè)CPU和280個(gè)GPU來保證運(yùn)行，但從某種程度上來說，Alpha Go的勝利也只不過是靠硬件堆砌出來的。

    況且，隨著人工智能的進(jìn)一步發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)需要被計(jì)算，只靠硬件堆砌來實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的計(jì)算能力也并非明智的選擇。如果用CPU/GPU通用處理器構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，其所面臨的占地、散熱及耗電等問題都極其嚴(yán)峻。此外，人工智能中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和深度學(xué)習(xí)能力的提升也都需要更智能、更強(qiáng)大的計(jì)算能力來維系。

    例如谷歌大腦，需要1.6萬個(gè)CPU運(yùn)行7天才能完成貓臉的無監(jiān)督學(xué)習(xí)訓(xùn)練。谷歌大腦目前能夠模擬的人腦突觸量是100億，然而人腦的全部突觸量大于100萬億。不過，如果通過量子計(jì)算機(jī)完成，這就不算什么困難的事情了。量子計(jì)算機(jī)不僅能處理海量數(shù)據(jù)，更具備自我學(xué)習(xí)和自我更正能力。從這一點(diǎn)來看，量子計(jì)算對(duì)人工智能能夠起到重要的促進(jìn)作用，為人工智能的發(fā)展帶去質(zhì)的飛躍。

    量子計(jì)算對(duì)于人工智能起到巨大的推動(dòng)作用，反之，人工智能也可對(duì)量子計(jì)算機(jī)性能起到優(yōu)化作用?？梢哉f，二者互為助力。中國(guó)在量子通信領(lǐng)域具備一定的基礎(chǔ)，此時(shí)又著眼于量子計(jì)算領(lǐng)域，以量子計(jì)算發(fā)展的狀況來看，中國(guó)很可能憑借對(duì)量子計(jì)算的深耕在科技方面趕超歐美。

    二、人工智能優(yōu)化量子計(jì)算機(jī)性能，中國(guó)或憑量子計(jì)算趕超歐美

    據(jù)新華社3月13日消息，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)于13日在英國(guó)《自然·物理學(xué)》期刊上發(fā)表報(bào)告，稱他們已通過人工智能技術(shù)對(duì)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行了有效的學(xué)習(xí)和驗(yàn)證，為解決中大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供了助力。

    雖然量子計(jì)算技術(shù)優(yōu)勢(shì)諸多，不過如何對(duì)大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)以及如何驗(yàn)證量子計(jì)算的結(jié)果，對(duì)于科研人員而言一直是難題。為此，英國(guó)布里斯托爾大學(xué)的研究人員與美國(guó)、荷蘭的同行組成了國(guó)際團(tuán)隊(duì)，共同設(shè)計(jì)了一套針對(duì)這一問題的解決方案。

    根據(jù)報(bào)告可知，這套方案運(yùn)用了人工智能中經(jīng)典的貝葉斯算法，有效實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算機(jī)的校準(zhǔn)及驗(yàn)證，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)未知量子體系“哈密頓量”演化過程的學(xué)習(xí)與驗(yàn)證。布里斯托爾大學(xué)學(xué)者王劍威表示：“人工智能使普通計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算設(shè)備更好地交互，形成一個(gè)混合計(jì)算機(jī)運(yùn)算體系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)量子計(jì)算機(jī)的操控和優(yōu)化”

    由此可見，人工智能可在大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的校準(zhǔn)和驗(yàn)證，以及量子計(jì)算機(jī)深入理解和控制復(fù)雜的量子系統(tǒng)方面起到關(guān)鍵作用，有助于量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)、制造及優(yōu)化。所以說，人工智能和量子計(jì)算機(jī)互為助力。

    在這種背景之下，中國(guó)科技界將量子計(jì)算作為研究重點(diǎn)，正好能夠趕上科技熱潮。按照《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要的要求，中國(guó)正面向2030年部署一批重大的科技項(xiàng)目，研發(fā)量子計(jì)算機(jī)就是其中之一。加之量子計(jì)算機(jī)與人工智能之間密不可分的關(guān)系，很可能為中國(guó)趕超歐美提供契機(jī)。

    在科技領(lǐng)域，中國(guó)的起步比歐美國(guó)家晚了很多，故而多處受制于人。歐美占據(jù)了豐富的資源，擁有強(qiáng)大的技術(shù)，并累積了深厚的經(jīng)驗(yàn)，有了這些，利潤(rùn)自然不成問題。歐美再將這些利潤(rùn)投入科技界進(jìn)行研發(fā)，從而形成良性循環(huán)。久而久之，就形成了堅(jiān)固的壁壘，而這一壁壘是中國(guó)企業(yè)難以打破的。

    然而，在新興的人工智能領(lǐng)域，中國(guó)則有著更多的機(jī)會(huì)。雖然起步也晚，但就人才、企業(yè)數(shù)量及研究實(shí)力方面而言，中國(guó)并不遜于歐美國(guó)家。在量子計(jì)算方面，中國(guó)在前期已經(jīng)打下了一定的基礎(chǔ)，在這一基礎(chǔ)之上開始對(duì)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行研發(fā)。后期如果能從多方面著手，并加入技術(shù)創(chuàng)新，那么在未來，中國(guó)或許可以在科技領(lǐng)域打破歐美的技術(shù)壟斷，甚至實(shí)現(xiàn)趕超歐美，進(jìn)入一個(gè)全新的階段。