用音樂降妖除魔、和AI機器人來一場冰球大戰(zhàn)、親身感受山區(qū)學生上學的艱辛之路……12月8日舉辦的騰訊用戶開放日(T-Day)為觀眾們帶來了一次科技互動體驗大展。除了有趣的科技體驗，騰訊的大牛工程師們還準備了干貨滿滿的分享，為觀眾揭秘和演示最前沿的互聯(lián)網(wǎng)科技。
來自騰訊量子實驗室的高級研究員鄭一聰來到T-Day現(xiàn)場，將最前沿的量子計算技術(shù)帶到了普通觀眾面前，并分享了騰訊在量子計算方面的前沿探索和愿景。他表示，雖然量子計算技術(shù)目前處于起步階段，一旦付諸實踐將對新材料、新藥物開發(fā)，人工智能，尤其是深度學習領(lǐng)域，產(chǎn)生顛覆性的變革。騰訊量子實驗室正致力于尋找新的、有趣的、具有實際應用價值的問題，并將量子技術(shù)運用到實際中去。
(圖：騰訊量子實驗室高級研究員鄭一聰)
經(jīng)典計算機遭遇瓶頸 量子技術(shù)以“毒”攻“毒”
自1946年第一臺電子計算機誕生，計算機在如今的社會生活中已經(jīng)無處不在。然而，基于馮諾依曼結(jié)構(gòu)的經(jīng)典計算機是存在算力極限的。近年來，功耗墻、通信墻等一系列問題逐漸出現(xiàn)，摩爾定律關(guān)于“集成電路上元器件數(shù)量每18個月就會增加一倍”的預言也開始失效，芯片性能的增長開始放緩，經(jīng)典計算機的性能增長越來越困難，增長速度也大不如前。
在這種情形下，探索全新物理原理的高性能計算技術(shù)的需求應運而生。著名思想實驗“薛定諤的貓”將微觀領(lǐng)域的量子行為推演到宏觀世界，認為放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態(tài)的疊加，因此貓也處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。
“目前高性能計算機的研究也正在模擬這種微觀世界的疊加狀態(tài)，但是需要的計算量是極其龐大”，鄭一聰在演講中提到，“我們得研究微觀世界的量子是如何工作的，然后以‘毒’攻‘毒’，建造一個按照量子力學的規(guī)律來運行的計算機，最后才能模擬它。”
研究量子計算機的意義重大。經(jīng)典比特或是0態(tài)或是1態(tài)，而量子比特因為具有疊加和糾纏的特性，除了處于0態(tài)或1態(tài)外，還可處于二者的疊加態(tài)。因此，當普通計算機中的2位寄存器在某一時間僅能存儲4個二進制數(shù)(00、01、10、11)中的1個時，量子計算機中的2位量子位寄存器可同時存儲這4種狀態(tài)的疊加狀態(tài)。而隨著量子比特數(shù)目的增加，量子計算機有可能可以展現(xiàn)出比傳統(tǒng)計算機更快的處理速度。
例如，考慮一臺占地720平方米、功率24MW、性能33.86 PFLOPS的超級計算機，將這種計算機滿滿鋪滿德國和荷蘭，根據(jù)估算需要耗費100 年、106 萬億人民幣、107 萬億瓦，并在一個月內(nèi)消耗完地球上所有能源，才能對一個2048位的大數(shù)進行分解。而1臺2000位的超導量子計算機分解這樣的大數(shù)只需要約26小時。
騰訊發(fā)力前沿技術(shù) 探索有價值的落地場景
近幾年，全球科技公司和研究機構(gòu)都在持續(xù)探索量子計算的實際運用。表面上看，量子計算與大多數(shù)行業(yè)并不直接相關(guān)，且暫無成功的大范圍落地應用。但量子計算一旦取得重大突破，在目前眾多的前沿領(lǐng)域，尤其是材料、藥物開發(fā)，人工智能的深度學習領(lǐng)域，將獲得從底部硬件架構(gòu)到算法模型的顛覆性變革。因此，幾乎行業(yè)里的每個人都保持對量子力學的持續(xù)關(guān)注。
騰訊當然也不例外。2017年初，牛津大學量子計算博士葛凌教授以騰訊歐洲首席代表身份加入騰訊。而在去年年底，騰訊籌劃已久的量子實驗室曝光，香港中文大學教授張勝譽擔任負責人。這些重量級專家工程師的加入無不彰顯著騰訊在量子技術(shù)探索的決心。
在量子科技的應用方面，騰訊已經(jīng)在“摸著石頭過河”——成功建設完成量子安全平臺，該平臺利用量子不可克隆、量子測不準、量子態(tài)不可區(qū)分的特點，對通信進行加密。竊聽者一旦對量子進行測量將改變量子狀態(tài)，而狀態(tài)的改變將導致通信雙方發(fā)現(xiàn)通道被竊聽。
量子安全通信平臺的研發(fā)存在著很高門檻。騰訊采用優(yōu)化的光通信波段配置和手術(shù)刀級別的信號處理設計，特殊定制的光傳輸設備，保證經(jīng)典數(shù)據(jù)通信和量子密鑰分發(fā)合二為一，實現(xiàn)了承載數(shù)百Gbps帶寬的經(jīng)典光通信和量子密鑰分發(fā)的共纖混傳。
目前，平臺雖然尚未獲得普惠應用，但已經(jīng)在微眾銀行的端到端通信服務中得到嘗試。微眾銀行依托量子保密通信平臺，對其業(yè)務數(shù)據(jù)進行遠距離傳輸，保障了數(shù)據(jù)的不可破解和密鑰傳遞過程中的不可竊取或篡改。
除了通信加密方面的應用，騰訊量子實驗室還將目光投向了量子計算的研究，包括量子算法，量子人工智能，量子化學等。
根據(jù)波士頓咨詢(BCG)發(fā)布的行業(yè)報告，量子計算機在接下來的25年內(nèi)還將經(jīng)歷三個階段的發(fā)展才能走向技術(shù)成熟。2028年前，工程師研發(fā)出可用于低復雜程度的量子模擬問題的非通用量子計算機。到2039年，邏輯量子比特數(shù)量擴展到50多個，并實現(xiàn)“量子霸權(quán)”。2031年到2042年，量子計算機將在模擬、搜索和運算中執(zhí)行高級功能，實現(xiàn)各類商業(yè)應用的最終落地。
關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破將為量子計算機的發(fā)展增添動力。而量子計算機一旦得以大規(guī)模使用，量子軟件和量子算法也將收獲革命性變化。新的量子編程框架將為程序員提供更簡單、直觀、易用的編程語言，人工智能算法也將獲得全新思路。
鄭一聰也在T-Day上展望了量子計算機的未來，他表示，理論上量子計算在某些應用上帶來的算力提升在某些情況下是近乎無窮大的。如果將這個算力運用到天氣預報、金融模型、密碼演算等領(lǐng)域，加上全新視角的人工智能算法，必將對技術(shù)進步產(chǎn)生顛覆性的影響。而隨著硬件不斷發(fā)展，新機會不斷出現(xiàn)，現(xiàn)在看來難以想象的應用很可能會在未來成為可能。
