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中科大教授郭国平:3-5年内,量子计算有望发挥实际作用

发表时间:2022-07-04 15:25

“我无论如何深信上帝不是在掷骰子。”

1926年12月4日,爱因斯坦在致玻恩的信中写下这句著名的宣言,表明自己的因果律立场。

爱因斯坦反对世界的本质具有随机性,然而2022年诺贝尔物理学奖的颁布,让更多人了解到更多可能性。科学家精密的实验证明量子态的不确定性,或者说“上帝是掷骰子的”。

中国科学技术大学教授、本源量子首席科学家、中国计算机学会量子专业组秘书长郭国平在接受联席智库专访时表示,这次诺奖让更多人更加直观地感觉到,量子力学不是伪科学、神学,而是科学。基于量子力学的量子信息,包括量子通讯、量子精密测量和量子计算有严谨的科学基础。

实际上,量子力学这门研究微观粒子运动规律的理论已经进入人们生活100多年,催生了集成电路、激光、核磁共振等技术发明。这被科学界命名为“第一次量子革命”的技术跃迁,为现代信息产业打下坚实基础。

近年来,以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命“山雨欲来”,人们从对量子规律被动的观测和应用正走向主动的调控和操纵。以量子计算为例,量子计算机已经被证明在特定领域表现胜于经典计算机。

为做出更好更快处理信息的机器,郭国平在量子领域研究近二十年后从实验室出走,与郭光灿院士一同创立本源量子。他自称创业初心很简单,“希望将自己的研究成果真正变成产品,而不只是在实验室、故事本、论文集里面。”

对标IBM、谷歌,本源量子希望造出中国的量子计算机,为世界量子计算的发展贡献中国力量。这并不是一件容易的事情,郭国平透露,本源成立5年,做到了交付量子计算机整机,但研发费远大于利润,每年亏损近一个亿。

与发达国家相比,我国在量子领域还有一定差距。郭国平表示,量子计算、量子通讯和量子精密测量所有关键性的、原理性的概念,都不是中国,甚至不是中国人提出来的。

“量子计算里面的测控系统,包括很多外围的东西,依然会用到传统的芯片、元器件等等,在这些工业基础比其他国家差的情况下,会影响到量子计算本身的研发。我们不能抱怨,但是我们要勇于认清现实。”

此外我们还要意识到,量子计算距离实用化和产业化还有很长的路要走,毕竟具备成熟容错能力的通用量子计算机需要约20年的时间才能研发出来。本次诺贝尔物理学奖得主Haroche提醒称,量子计算领域存在炒作,基础科学和其应用之间总是伴随着意想不到的曲折,我们必须小心谨慎。

《人类简史》曾提到,历史一再让我们看到,许多以为必然会发生的事,常常因为不可预见的阻碍而无法成真,而某些难以想象的情节,最后却成为事实。

“20世纪40年代进入核子时代的时候,很多人预测公元2000年会成为核子世界。第一颗人造卫星和阿波罗11号发射,大家都开始认为到了20世纪结束的时候,人类就可以移民到火星和冥王星。但这些预测全都没有成真,而另一方面,当时谁都没想过互联网能发展成现在这个样子。”

第四次科学革命究竟会在哪个领域爆发,量子力学又将在其中扮演什么样的角色。或许绝大多数人只有站在高处回望历史长河时,才会“恍然大悟”。

以下是中翰智库对话实录(经编辑):

一、谈诺贝尔奖与量子计算

“科学发展过程当中,人类在特定的时间段,就像是盲人摸象。”

中翰智库2022年诺贝尔物理学奖授予三位量子信息领域的科学家,表彰他们在量子纠缠领域的成就,很多人由此表示爱因斯坦的观点被打破了,您怎么看?

郭国平:爱因斯坦思考的问题是,量子力学的这种不确定性是否有更根源的原因在里面,而非量子力学本身具有不确定性。

本次获得诺奖的这三位科学家,用实验证明了量子态的不确定性,证明上帝是掷骰子的。所以从这个角度来讲的话,你认为爱因斯坦当时错了,当然没有问题。但是任何科学,都是在一直在向前发展。今天这样的理解是不是最终的答案?我是抱有开放性的态度。

就像从历史上来看,对光的认知经历了微粒说、波动说、波粒二象性几个阶段。科学发展过程当中,人类在特定的时间段,就像是盲人摸象,只是在特定的边界条件下,给出来了我们的认知。我不认为可以简单地说对错,特别是这种前沿科学。

中翰智库:这次诺奖对量子计算产业发展有什么意义?

郭国平:量子力学进入我们生活已经100多年了,如果没有量子力学,就不会有集成电路、激光。这次诺奖的作用让更多人直观地感觉到,量子力学不是伪科学、神学,而是科学。基于量子力学的量子信息,包括量子计算、量子通讯和量子精密测量和有严谨的科学基础。

二、谈量子计算发展阶段

“如果以经典计算机作为参考系的话,现在的量子计算机还处于电子管时代。”

中翰智库:为什么我们需要量子计算?

郭国平:蒸汽机刚发明的时候装到马车上去,还跑不过小马车。现在回头看,你觉得蒸汽机是有作用还是没作用?

人类总是追求更快、更好、更多。我们发现量子计算最少是对于处理一些特定问题,原则上有更强大的处理能力、更快的处理速度。

中翰智库:如果以传统芯片和经典计算机作为参考系的话,您认为现在量子芯片和量子计算机发展到了什么阶段?

郭国平:现在可能还是在早期的电子管计算机时代,那时候计算机比一个房间还大。

但是量子计算跟传统计算发展又不完全一样,从目前我们这一代人认知的角度来讲,量子计算机不是对于所有的问题都一定会比经典计算机表现好。

所以量子计算机对于经典计算机不是替代关系,而是补充互补,对一些特定的问题有加速效果的关系。

中翰智库:什么场景比经典计算机好,什么场景比经典计算机差?

郭国平:不会有比经典计算机差的,如果说差,是指经济学的角度和复杂度的角度。量子计算机比经典计算机好的领域已经证明了,比如破解对称密钥、大数据检索等。

三、谈我国量子技术与发达国家的差距

“我们搭便车搭习惯了,等美国人把蒸汽机发明出来了,我们用性价比、低成本抢市场,但人家现在不让你搭便车了。”

中翰智库:与发达国家相比,我国量子技术处于什么样的水平?

郭国平:量子信息,包括量子计算、量子通讯和量子精密测量,所有关键性的、原理性的概念,都不是中国,甚至不是中国人提出来的。

而量子计算里面的测控系统,包括很多外围的东西,依然会用到传统的芯片元器件,在这些工业基础比其他国家差的情况下,会影响到量子计算本身的研发。

和人一样,底子弱、身体弱的话只能够慢慢改善身体素质。我们不能抱怨,但是我们要勇于认清现实。

中翰智库:比起经典计算机时代,我国量子计算发展情况是否好一些?

郭国平:现在在量子计算机时代还没有那么惨,但是未来会不会变得那么惨,也不能够排除。我们在观念思想上,仍存在产学两张皮的现象。量子计算绝对不是一个孤立的、只有几个科学家就能干成的事情。

计算机刚出现的时候,国外愿意从性能低的开始试起。我们在1957年也有电子管计算机,但后来没有坚持。如果没有人用的话,再好的东西也不会有生命力。

如果龙芯的计算机给你去用,没有Windows的好用,你是用龙芯还是用Windows?大家都希望选择性能更好的,但是如果每个人都这样去选择,那凭什么我们能够超过人家?

IBM、谷歌量子计算机在全球部署了30多台,有100多家企业、几十万人在用,我们中国有几个人在用?有多少企业在用?有多少人知道量子计算机不能停留在实验室?

中翰智库:国内有多少个人、多少企业在用?

郭国平:基本是处于空白,少数的一两台没有讨论的必要。

大家都等着蒸汽机跑过马车,但并不愿意参与到把蒸汽机装到马车上去、装到帆船上去的过程。我们搭便车搭习惯了,等美国人把蒸汽机发明出来了,我们用性价比、低成本抢市场,让他没饭吃不就可以了?

中翰智库:这也算是商业上的一个思路?

郭国平:但人家现在不让你搭便车了。

四、谈本源量子

“和IBM、谷歌相比,虽然本源实现了从零到一的步骤,把量子计算机整机交给客户去用,但是在硬件上面差距大概2-3年,软件上面目前没有差距。”

中翰智库:您为什么想从实验室走出来创立本源量子?

郭国平:做了这么久的量子芯片,我希望让它真正变成产品,而不只是在实验室、故事本、论文集里面。我们的想法很简单,尝试做一台更好、更快处理信息的机器。

中翰智库:本源成立之初就对标IBM和谷歌,创立5年以来本源做了什么?和IBM、谷歌差距大吗?

郭国平:我们实现了从零到一的步骤,把量子计算机整机交给客户去用,而且他们觉得还可以。和IBM、谷歌相比,本源在硬件上面差距大概2-3年,软件上面目前没有差距,但未来可能差距会扩大。

很简单一个例子,如果你去学量子计算机的语言和操作系统,你愿意学国内的还是愿意学IBM、谷歌的?

我们同样的软件放在国际开源网站上,国内用户下载本源的,比下载谷歌和IBM的数量少很多,甚至还不如美国用户下载本源的多。

中翰智库:本源现阶段财务状况如何,是更注重新技术的突破还是盈利?

郭国平:本源研发费远大于利润,每年亏损近一个亿。

我们的目标是造出中国的量子计算机,为世界量子计算的发展贡献中国力量。所以肯定是技术和商业自己两条腿走路,没有技术上的突破就没有竞争力,不跟用户在一起,就是闭门造车,无法真正做出对用户有用的产品。甚至更现实地讲,也没有资金回流去支撑进一步的研发。

中翰智库:近5年,本源的发展目标是什么?

郭国平:和跑马拉松一样,盯着第一名、第二名跟跑,不要被人家拉得太远。在这个过程当中,更多服务于国家有关部门和企业,培养出一支量子计算人才队伍,聚集力量传播量子计算不是伪科学,尽我所能地普及中国量子计算机的操作系统语言。

中翰智库:从资本市场来看,量子计算已经成为了比较火热的投资方向,您怎么看待这种现象?

郭国平:任何事情发展有适度的泡沫,也是正常现象。

但是我们要防止鱼龙混杂,不能让做量子鞋垫的人也能拿到钱、5年之内从来没有做过量子计算的人也能拿到钱。因为这会导致过度的泡沫,关注度太高、不切实际的期待太高,最后失望会更大。

中翰智库:量子计算机是一种用于快速求解特定问题的机器,什么时候能为其他行业带来比较切实的改变?

郭国平:对于特定的问题的求解,就像凿冰块一样。一整面冰块也是从一个点开始,从科研工作者的角度来讲,我们已经证明有优势的是某些特定问题,那么在其他领域还需要继续去努力探索。

从全球来看,我认为在3-5年内,量子计算一定会在某些具有实际生产生活意义的问题上面发挥切实的作用,这个过程中可能会跟传统计算机、AI配合。

中翰智库:量子计算机可能会像现在经典计算机一样,进入千家百户吗?

郭国平:我不认为未来每个人手里都要有,但人人可用量子计算机,受益于量子计算机。我们可以通过云,去云端用量子计算机,但是这个机器不一定要进入普通家庭、在每个人的手上。


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