21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者孔海麗北京報(bào)道

又一項(xiàng)革命性技術(shù)進(jìn)展將為AI提供神奇助力。

北京時(shí)間12月10日，谷歌宣布研發(fā)出新的量子芯片Willow（威洛）。這款計(jì)算能力超強(qiáng)的芯片，實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算領(lǐng)域30年來(lái)的關(guān)鍵性突破，5分鐘即可完成當(dāng)今計(jì)算機(jī)要10堯（10的25次方）年才能完成的任務(wù)。研究成果發(fā)表在12月9日出版的《nature》雜志上。

消息傳出后，量子信息行業(yè)一片歡呼，AI圈也大受震撼。

兩大關(guān)鍵突破

Willow的重大突破表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是性能也就是計(jì)算能力的大幅飛升。

5分鐘計(jì)算量相當(dāng)于目前運(yùn)行速度最快的計(jì)算機(jī)10堯（10的25次方）年才能完成的任務(wù)。102?年遠(yuǎn)高于宇宙的年齡（約130億年）。5分鐘與102?年，這個(gè)對(duì)比，可見其計(jì)算速度的躍升非常之恐怖。

二是強(qiáng)大的量子糾錯(cuò)能力。 

我們?nèi)粘Ｋ玫钠胀ㄓ?jì)算機(jī)基于經(jīng)典物理學(xué)，采用二進(jìn)制系統(tǒng)，以比特作為信息存儲(chǔ)和處理的基本單位，每個(gè)比特只能表示0或1兩種狀態(tài)。而量子計(jì)算機(jī)則遵循量子力學(xué)規(guī)律，使用量子比特作為基本信息存儲(chǔ)和處理單位。量子比特以0和1的疊加態(tài)存在，可極大提高計(jì)算效率。但問題是，芯片所含的量子比特越多，出錯(cuò)的概率越大。

1995年美國(guó)麻省理工應(yīng)用數(shù)學(xué)系教授Peter Shor引入了量子糾錯(cuò)的概念。30年來(lái)，科學(xué)家們一直在研究量子糾錯(cuò)，但沒有取得本質(zhì)突破。

Willow在量子糾錯(cuò)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的重大進(jìn)展是，基于可擴(kuò)展的方形網(wǎng)格，邏輯量子比特?cái)?shù)量（目前是105個(gè)量子比特）增加，錯(cuò)誤率卻迅速下降。其從3x3編碼量子位擴(kuò)展到5x5的網(wǎng)格，再擴(kuò)展到7x7的網(wǎng)格，每次擴(kuò)展，錯(cuò)誤率減半。而且Willow可實(shí)時(shí)糾錯(cuò)，這使其在短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)展到更高位階的量子比特（比如1050個(gè)）成為可能。

以上兩項(xiàng)重大突破，相比性能提升，糾錯(cuò)能力更受科學(xué)家關(guān)注。

量子計(jì)算加入，AI如虎添翼

量子芯片是量子計(jì)算機(jī)的核心。Willow的研發(fā)團(tuán)隊(duì)是哈特穆特·內(nèi)文（Hartmut Neven）領(lǐng)導(dǎo)的谷歌量子AI實(shí)驗(yàn)室。哈特穆特表示，Willow是向大規(guī)模、自糾錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)邁出的一大步，它的糾錯(cuò)能力和超越經(jīng)典的計(jì)算能力使我們更接近一個(gè)可提供商業(yè)應(yīng)用的系統(tǒng)，從幫助發(fā)現(xiàn)新藥，到設(shè)計(jì)更高效的電動(dòng)汽車電池，再到加速核聚變和新能源替代的進(jìn)展。

正如谷歌量子AI實(shí)驗(yàn)室這個(gè)名稱所喻指的，量子計(jì)算+人工智能，將是人類朝著通用人工智能發(fā)展的一條可行路徑。哈特穆特提到的核聚變研究，其涉及的計(jì)算量極為龐大復(fù)雜，是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任的，但量子計(jì)算完全可以。

再比如，最近大模型訓(xùn)練遇到的Scaling Law（規(guī)模定律）面臨失效的擔(dān)憂，就是因?yàn)榫薮蟮馁Y金投入和參數(shù)增長(zhǎng)，卻不能取得相應(yīng)的成效，使得像OpenAI這樣的AI巨頭也可能陷入開發(fā)瓶頸。但Willow的出現(xiàn)表明，未來(lái)量子計(jì)算承擔(dān)任何參數(shù)的大模型訓(xùn)練都只是小case。

這也是馬斯克和OpenAI CEO山姆·奧特曼等人對(duì)Willow點(diǎn)贊的原因。如果大規(guī)模、自糾錯(cuò)量子芯片加入到人工智能隊(duì)伍，就大大增強(qiáng)了AGI如期到來(lái)的確定性。馬斯克今年10月底在參加“未來(lái)投資倡議”大會(huì)的人工智能討論環(huán)節(jié)時(shí)表示，AI能夠?qū)崿F(xiàn)所有人類綜合能力（也就是AGI）的時(shí)間大概是2028到2029年左右。而奧特曼今年9月底也在一篇個(gè)人文章里稱，超級(jí)人工智能可能會(huì)在未來(lái)“幾千天”內(nèi)誕生。

哈特穆特在解釋為何將其2012年創(chuàng)立的實(shí)驗(yàn)室命名為“（谷歌）量子人工智能”時(shí)說，人工智能和量子計(jì)算將被證明是我們這個(gè)時(shí)代最具變革性的技術(shù)，但先進(jìn)的人工智能將從量子計(jì)算中受益匪淺。

不過，部分科學(xué)家對(duì)谷歌最新量子芯片的性能定義還存在爭(zhēng)議。英國(guó)薩里大學(xué)計(jì)算機(jī)專家艾倫·伍德沃德說，Willow的出現(xiàn)“鼓舞了所有努力制造實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的人”，但谷歌使用的是專門為量子計(jì)算機(jī)量身定做的性能測(cè)試工具來(lái)研發(fā)這一芯片，因此，將其計(jì)算性能與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比是不準(zhǔn)確的，“就好像你沒法把蘋果和橘子放在一起對(duì)比”。

之江實(shí)驗(yàn)室主任、阿里云創(chuàng)始人王堅(jiān)院士12月13日也表示，Willow是用一個(gè)非常專用的裝置，完成了一個(gè)非常特殊的任務(wù)，它是一個(gè)無(wú)比快的算盤，還是一個(gè)真正超越今天（傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的）計(jì)算裝置的計(jì)算，需要重新思考，但這個(gè)問題今天我們還沒有答案。

量子計(jì)算時(shí)代還有多久到來(lái)？

AI與量子計(jì)算的相互助力，將加快量子芯片和量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模化商用進(jìn)程，但專家初步預(yù)測(cè)，那也需要5-10年。哈特穆特承認(rèn)，實(shí)際應(yīng)用于商業(yè)場(chǎng)景的量子計(jì)算機(jī)在2030年之前可能不會(huì)出現(xiàn)。

Willow的規(guī)?；逃?，尤其是民用，恐怕還需要較長(zhǎng)的一段時(shí)間?？茖W(xué)家在1946年發(fā)明了世界上第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，但過了二三十年，個(gè)人計(jì)算機(jī)才得以規(guī)模化商用。

2019年10月，前述谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)將其“量子霸權(quán)（Quantum Supremacy）”的研究成果發(fā)表于《nature》雜志，宣布開發(fā)出了一款54個(gè)量子比特?cái)?shù)的量子芯片。其時(shí)，谷歌 CEO桑達(dá)爾·皮查伊將其與萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)時(shí)的首次12秒成功試飛相比。但飛機(jī)的大規(guī)模商用也是在首飛二三十年后。

去年11月，英偉達(dá)CEO黃仁勛在接受《哈佛商業(yè)評(píng)論》英文版總編殷阿笛（Adi Ignatius）采訪時(shí)說，量子計(jì)算機(jī)可能還要再過十年、甚至二十年才能真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。2024年6月26日，黃仁勛在英偉達(dá)年度股東大會(huì)上再次表示，實(shí)用的量子計(jì)算還需要幾十年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。到那時(shí)，算法將是加速計(jì)算和量子方法的結(jié)合。不過，黃仁勛發(fā)表上述看法時(shí)，具有行業(yè)突進(jìn)意義的谷歌Willow尚未問世。

值得強(qiáng)調(diào)的是，我國(guó)在量子計(jì)算研究領(lǐng)域也站在了世界前沿。

近日，在2024數(shù)字科技生態(tài)大會(huì)上，中電信量子信息科技集團(tuán)正式發(fā)布了超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī) “天衍 504”，它是由一臺(tái)24比特、兩臺(tái)176比特和一臺(tái)504比特量子計(jì)算機(jī)組成的國(guó)內(nèi)最大的量子計(jì)算集群，并提供了5類運(yùn)算性能世界一流的高性能仿真機(jī)和Cqlib量子編程框架。自中國(guó)電信2023年11月發(fā)布“天衍”量子計(jì)算云平臺(tái)并提供對(duì)外服務(wù)以來(lái)，已有來(lái)自全球50多個(gè)國(guó)家、超1200萬(wàn)訪問量，實(shí)驗(yàn)任務(wù)數(shù)超過60萬(wàn)個(gè)。此外，中國(guó)科技大學(xué)副校長(zhǎng)潘建偉院士在量子計(jì)算、量子通訊和量子加密領(lǐng)域的研究成果，早就屬于國(guó)際領(lǐng)先水平。

2024年1月，工信部等七部門發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》，將量子信息納入到未來(lái)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中。量子信息技術(shù)包括量子通信、量子計(jì)算和量子加密測(cè)量等三個(gè)主要方面。

10月29日，潘建偉在2024量子科技和產(chǎn)業(yè)大會(huì)開幕式上表示，知名企業(yè)如谷歌和IBM，部分國(guó)家如英國(guó)和法國(guó)，提出了在2035年前后實(shí)現(xiàn)100萬(wàn)個(gè)量子比特相干操縱的目標(biāo)，“我國(guó)正在編制的國(guó)家量子科技相關(guān)規(guī)劃中，也提出了同樣的目標(biāo)?！迸私▊ネ嘎?。據(jù)了解，百萬(wàn)級(jí)量子比特相干操縱是實(shí)現(xiàn)量子信息技術(shù)的重要途徑。

未來(lái)10到15年，有望在量子糾錯(cuò)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)具備基本功能的通用容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)，探索密碼分析、大數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用。到那時(shí)候，方可稱之為量子計(jì)算時(shí)代的到來(lái)。

那時(shí)，所有基于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上的加密算法體系，包括比特幣，都需要重塑。這也是Willow發(fā)布當(dāng)天比特幣應(yīng)聲下跌的原因。當(dāng)然，由于距離量子計(jì)算時(shí)代還有較長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)激過后的比特幣又恢復(fù)了上漲。