攀登量子計算的珠峰,華為邁出第一步,意義深遠






10月12日,華為全聯接大會的第三天,本來以為不會再有大的新聞,但是我發現自己錯了,在這一天,華為在量子計算方面做了一個重要宣布:

華為發布量子計算模擬器HiQ雲服務平台,包括量子計算模擬器與基於模擬器開發的量子編程框架。其中,HiQ可模擬全振幅42量子比特以上,單振幅81量子比特以上,對於低深度電路的單振幅可模擬169量子比特,而且,它首次集成糾錯量子電路模擬,可以做到數萬量級量子比特的糾錯電路模擬,性能是同類模擬器的5-15倍。

華為在量子計算上邁出第一步,意義深遠。

攀登量子計算的珠峰,華為邁出第一步,意義深遠

未來等於「量子計算+人工智能」

要說華為的這個量子計算模擬器HiQ平台,先來說說量子計算。

在9月舉行的世界人工智能大會上,中國科學院院士、量子計算專家、圖靈獎獲得者姚期智發表了一個重要的觀點:未來等於「量子計算+人工智能」。由此可見看到量子計算對於未來的革命性意義。

量子計算是和現在經典的計算截然不同的存在。在經典計算機里,存儲的信息單位是比特(bit),比特使用二進制,也就是說一個比特表示的不是「0」就是「1」。但是,在量子計算機里,信息單位是量子比特(qubit),它可以是「0」,也可以是「1」,亦可以是「1」和「0」的疊加狀態。這讓量子計算機的運算速度可以達到近乎於無限。

理論上,2個量子比特的量子計算機每一步可以做到相當於經典計算2的2次方,4次運算,50量子比特的運算速度高達相當於經典1125億億次,輕輕鬆松地幹掉大陸當下最強的超級計算機。量子計算提供了一種真正突破當下摩爾定律和經典計算的天花板,讓計算走向一個新的世界。

攀登量子計算的珠峰,華為邁出第一步,意義深遠

當下,人工智能炙手可熱,大家都知道人工智能的三要素:算力,算法和數據。量子計算機最大的驅動力就是來自於這種不是說幾百倍幾千倍算力的提升,而是某些情況下指數級近乎無窮大的算力潛能。有了這種無限的算力,讓人腦的模擬成為可能。在算法上,量子計算的新思維方法也會提供一種全新的視角。

總體來說,現在的人工智能仍然在很多方面比不上人腦,這里面涉及到的是神經科學的問題。這也催生出一個重要的研究方向:自然智能。姚期智院士說,量子物理是最深入、最美麗的物理法則,最根本性,最本質性關於宇宙的法則,大自然設計法則,如果將量子計算和人工智能相結合,將真正有一個機會去理解自然、研究自然、打敗自然。

事實上,量子計算對於人類的未來意義深遠,不僅僅會促進人工智能,更是會在很多方面帶來革命。超高速量子計算機可以加速新藥物的研制,破解最複雜的密碼安全系統,設計新材料,模擬氣候變化……

在量子計算模擬上跑在最前面

量子計算無限美好,但又非常難以做到。

正如華為量子計算軟件與算法首席科學家翁文康所說,量子計算在硬件、軟件、算法、系統等很多方面均有非常多的技術挑戰,是一個複雜的系統工程,既需要硬件和操控系統的突破,也需要軟件算法方面的突破。

量子計算的研究之前主要集中在學術領域,但是在最近幾年開始有企業加入進來,推動其發展。華為就是其中之一,那麼這次發布量子計算模擬器和編程框架,到底意味著什麼呢?

華為量子計算軟件與算法架構師、資深研究員張學倉博士這樣解釋,模擬器其實是屬於量子計算研究的中間產品,或者說是一個量子計算研究初始階段的一個工具,它不是量子計算機,也不是未來最終量子計算機的一部分,因為它還是跑在經典計算機上,它是量子計算研究和教育的使能平台。

量子計算的硬件系統沒有成熟和推出之前,研究的挑戰非常大,因為沒有類似的硬件環境。華為的量子模擬器,就是一種硬件或者軟件算法研究的使能平台。對於大多數研究團隊來說,真實的晶片很難獲取,也不是所有人都能用幾台電腦或者服務器模擬出量子計算的硬件環境。現在有了華為的HiQ平台,就能很方便地通過雲服務的方式獲取。

攀登量子計算的珠峰,華為邁出第一步,意義深遠

值得注意的是,華為的量子模擬器在業界已經屬於非常領先的水平。據翁文康介紹,HiQ平台集成了多個模擬器,既支持單振幅,也支持全振幅。一個N個量子比特的系統,其實是由2的N次方量子態做這個的,全振幅的意思就是2的N次方所有的量子概率都算出來,這在所有的模擬當中是最困難的,HiQ平台基於華為雲,用了幾百個節點,最大做到42量子比特,是所有雲平台上可以用的最大的,這和有的公司僅僅發篇論文而不能落地有根本的不同。

在單振幅的模擬器上,業界現在最大的量子電路的深度已經做到81比特,華為已經做到了這個業界最好水平。而且,華為還做了更大的探索,最大的淺電路可以做到169個量子比特的模擬。

華為HiQ平台還集成了量子糾錯電路模擬器。為什麼要這樣做呢?翁文康說,因為在量子計算機硬件研究上,排在第一的挑戰是操作的精度做不上去,特別是在未來通向量子計算機的路上,第一要解決的問題就是量子的誤差問題,即在糾錯算法的突破上非常重要。華為的量子糾錯電路模擬器就是用來作為一個糾錯算法的研究平台,這個對於長遠或者短期做到算法的研究非常重要。

因此,華為的量子計算模擬器HiQ平台,發揮的是「承上啟下」的重要作用,往下可以幫助理解、設計硬件,向上可以承載算法和應用的探索和驗證,意義深遠。

在攀登珠峰的征程上沿途下蛋

華為創始人任正非於2018年在上研所聽取無線業務匯報時,提出了一個「沿途下蛋」的概念,即在追求理想主義目標的時候,用孵化出來的技術做出現實主義的產品——也就是「在攀登珠峰的征程中沿途下蛋」。

華為在量子計算這樣高度前沿的基礎科學研究上,就是這樣做的。翁文康在接受採訪的時候說,「業界普遍認為通用的量子計算需要十年,甚至更長的時間,我們瞄準這個目標也做了一些布局和探索,但是我們不急於求成,在攀登珠穆朗瑪峰的過程中,會帶動眾多技術的進步,我們可以把階段性成果沿途下蛋,做成專用的量子計算機,解決一些實際的問題,產生商業的價值。」

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在這次HiQ平台的研發過程中,同樣如此。據翁文康透露,HiQ平台優化過程中,華為在軟件並行架構能力、雲服務器的性能方面,是同時進行優化的,在雲平台的很多指標上都做到了業界領先。

的確,華為推出量子計算模擬器HiQ雲服務平台,與其在經典服務器、雲計算技術等方面的強大積累密不可分,反過來,HiQ雲服務平台的推出又會促進其在服務器、雲計算等技術方面的突破,給現有的客戶帶來新的價值。

對於開發者和學術界來說,華為在量子計算上邁出的第一步也是意義重大。華為量子計算模擬器HiQ雲服務平台將對外開放提供雲服務,這為開發者和科研人員們提供了一個很好的模擬工具,必將推動量子計算技術研究和產業化的發展。

量子計算就像是科學王國的那顆璀璨的明珠,又想是象徵至高頂點的珠峰,無數科研和企業界的人們正在勇敢攀登。華為的加入,尤其是其開放共贏的思維,更是值得點讚,期待著未來量子計算能早日成熟、落地,也期待著「量子計算+人工智能」所打開的那個美妙的新世界!

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