文/東方亦落

10月24日，谷歌在《自然》雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于量子計(jì)算的論文。稱已經(jīng)開發(fā)出一款54量子比特?cái)?shù)(其中有效量子比特53個(gè))的超導(dǎo)量子芯片“Sycamore”?；谠撔酒瑢?duì)一個(gè)53比特、20深度的電路采樣100萬(wàn)次只需200秒，而現(xiàn)在最厲害的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit完成這一過(guò)程需要10000年，谷歌由此宣稱率先實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。

盡管這一成果得到了許多贊美之詞，但也不乏質(zhì)疑者。不過(guò)谷歌的量子計(jì)算能力若真如其所言，那么將可能對(duì)人工智能領(lǐng)域產(chǎn)生極大的助力。不只是谷歌，現(xiàn)在全球范圍內(nèi)不少科技巨頭都在量子計(jì)算方面有所動(dòng)作，并且已經(jīng)取得了可觀的成果。

雖然人工智能的概念早在1956年的達(dá)特茅斯會(huì)議上就已被提出，但迅速發(fā)展卻是近幾年的事情，其中原因與技術(shù)和環(huán)境的發(fā)展有密切相關(guān)。如今再加上量子計(jì)算作為助力，人工智能是否會(huì)更迅速地進(jìn)入到“強(qiáng)人工智能”的階段呢?量子霸權(quán)倘若到來(lái)又會(huì)對(duì)其他領(lǐng)域產(chǎn)生怎樣的影響呢?

一、量子霸權(quán)是“奇點(diǎn)”到來(lái)的契機(jī)?

在量子計(jì)算領(lǐng)域深耕多年的IBM表示，自家有一種計(jì)算機(jī)完成谷歌提出的任務(wù)只需2.5天，根本沒(méi)有10000年那么久。中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任郭國(guó)平也認(rèn)為，谷歌所謂的10000年是基于量子計(jì)算特性“粗暴計(jì)算得出的數(shù)字”，而未能考慮到如今的超級(jí)計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲(chǔ)等性能方面的優(yōu)化。由此看來(lái)，谷歌所謂“量子霸權(quán)”的說(shuō)法有誤導(dǎo)大眾之嫌。

盡管如此，谷歌的這項(xiàng)成果依然值得稱道，它不管是對(duì)谷歌自身還是一些熱門的領(lǐng)域都是有著重要意義的。 而谷歌自己顯然也是這么認(rèn)為的，谷歌CEO桑達(dá)爾·皮查伊甚至將此次量子計(jì)算研究成果的意義與萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)相提并論。

相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算，量子計(jì)算優(yōu)勢(shì)明顯。就拿谷歌看重的人工智能領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，其源動(dòng)力分別為大數(shù)據(jù)、算法和計(jì)算能力。大數(shù)據(jù)靠積累，而計(jì)算能力則由摩爾定律衍生而來(lái)。

重點(diǎn)在于，人工智能發(fā)展的障礙就是計(jì)算能力。如今的設(shè)備和技術(shù)讓大數(shù)據(jù)的積累呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，但如何處理海量數(shù)據(jù)是個(gè)大問(wèn)題，如今生產(chǎn)數(shù)據(jù)的能力與處理數(shù)據(jù)的能力已然不能匹配。即使是谷歌引以為傲的AlphaGo，下一盤棋所消耗的能量都比人類多出幾十萬(wàn)倍，這就是計(jì)算能力不足所致。

此時(shí)量子計(jì)算的作用就得以凸顯，它的進(jìn)展對(duì)人工智能領(lǐng)域或許會(huì)產(chǎn)生顛覆性的改變。 科技大師雷·庫(kù)茲韋爾曾預(yù)言“2045年，奇點(diǎn)來(lái)臨，人工智能完全超越人類智能，人類歷史將徹底改變”。

而皮查伊在最近的采訪中表示，量子計(jì)算與人工智能屬于“共生事物”，二者同處早期研究階段。并且“人工智能可以加速量子計(jì)算，量子計(jì)算可以加速人工智能”。對(duì)于量子計(jì)算，皮查伊也是信心滿滿：“我們認(rèn)為自己是一家深度計(jì)算機(jī)科學(xué)公司。摩爾定律在它的周期結(jié)束時(shí)，量子計(jì)算是我們將繼續(xù)在計(jì)算領(lǐng)域取得進(jìn)展的眾多因素之一”。

在屬于“綜合性學(xué)科”的人工智能中，量子計(jì)算占據(jù)著如此關(guān)鍵的位置。并且量子計(jì)算不僅可以作用于人工智能領(lǐng)域，而是對(duì)當(dāng)下與未來(lái)的不少熱門領(lǐng)域都能起到重要的作用。那么量子計(jì)算到底是什么?又為何會(huì)引得諸多巨頭花心思去研究呢?

二、巨頭各自使力，量子計(jì)算有何優(yōu)勢(shì)?

量子計(jì)算，即利用量子力學(xué)的基本原理來(lái)加速解決復(fù)雜計(jì)算的過(guò)程。這種計(jì)算方式相較于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，能夠更加迅速高效地處理海量的數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)計(jì)算中，要靠微芯片材料與晶體管的進(jìn)步提升算力，大體上就是在微芯片中嵌入電子開關(guān)，在0和1之間交替完成信息處理，芯片上的晶體管數(shù)量與芯片處理電信號(hào)的速度成正比，從而完成計(jì)算。但量子計(jì)算則可以兼容0和1，使得計(jì)算速度產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

1965年，英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾提出，微芯片上單位面積內(nèi)的晶體管數(shù)量會(huì)一年翻一番，但成本會(huì)同時(shí)減少一半。也就意味著價(jià)格不變，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目大概每隔18~24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。

這個(gè)定律一直對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算有著重大意義，但最近幾年，依照摩爾定律發(fā)展的信息技術(shù)進(jìn)步的速度正在逐漸減慢，尤其是在人工智能領(lǐng)域，摩爾定律顯而易見地逐漸失效，中科院院士杜江峰曾在去年發(fā)表言論，稱摩爾定律最多還能使用10年。

在這種情況下，量子計(jì)算的作用得以發(fā)揮。傳統(tǒng)計(jì)算幾十年才能解決的數(shù)據(jù)問(wèn)題，量子計(jì)算可能只需1秒就搞定。不僅是在計(jì)算速度層面，還有在材料、設(shè)備等方面的最優(yōu)選擇與最佳組合，這些問(wèn)題經(jīng)典計(jì)算無(wú)法解決，可量子計(jì)算統(tǒng)統(tǒng)都能搞定。這就使得量子計(jì)算不僅在人工智能，并且可以在金融、醫(yī)療、物流、網(wǎng)絡(luò)安全、基因組學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

在這些領(lǐng)域中，許多都是焦點(diǎn)與風(fēng)口，科技巨頭們對(duì)此自然極為重視。 包括谷歌、微軟、英特爾、IBM、阿里巴巴和百度在內(nèi)的企業(yè)紛紛在量子計(jì)算方面加以探索。

例如微軟在2017年建立了拓?fù)淞孔游?，可以讓設(shè)備使用現(xiàn)存的更精細(xì)的量子位。微軟量子團(tuán)隊(duì)主管托德·霍爾姆達(dá)爾認(rèn)為，通過(guò)量子計(jì)算“有機(jī)會(huì)解決一系列此前無(wú)法解決的問(wèn)題”，而想靠傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來(lái)解決這些問(wèn)題也許會(huì)耗盡“宇宙的生命”。

英特爾從2015年就開始與學(xué)術(shù)界的一些伙伴聯(lián)合加速研發(fā)量子計(jì)算技術(shù)，到2017年成功測(cè)試了17量子比特超導(dǎo)計(jì)算芯片。在CES 2018舉辦期間，英特爾研發(fā)出了首個(gè)49量子比特的量子計(jì)算測(cè)試芯片。

阿里巴巴旗下的阿里云與中科院攜手在2015年建立了“阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室”，助攻多領(lǐng)域量子計(jì)算應(yīng)用，如電商、人工智能、數(shù)據(jù)安全等。2018年，阿里云推出了有11個(gè)量子比特的量子計(jì)算云服務(wù)。

百度也于2018年成立量子計(jì)算研究所，主要研究量子信息理論和量子計(jì)算。這對(duì)其搜索引擎業(yè)務(wù)同樣能起到推助作用。

這些巨頭的主業(yè)與計(jì)算能力都有關(guān)聯(lián)，更何況量子計(jì)算本身就代表著未來(lái)的趨勢(shì)，一旦能夠落地使用，將會(huì)使多個(gè)領(lǐng)域呈現(xiàn)顛覆式變化。如此一來(lái)，也就不難理解量子計(jì)算為何這么受歡迎了。

在不久的將來(lái)，如果還有人想繼續(xù)從計(jì)算能力的指數(shù)增長(zhǎng)中獲益，傳統(tǒng)計(jì)算已然無(wú)法依靠。因?yàn)橐跃w管為基礎(chǔ)的計(jì)算方式顯然已經(jīng)不再適合未來(lái)，量子計(jì)算就是下一個(gè)值得追逐的方向。不過(guò)量子計(jì)算出現(xiàn)的時(shí)間也不短了，為何近幾年才開始加速?這種加速發(fā)展又會(huì)給人工智能領(lǐng)域帶去何種轉(zhuǎn)變呢?

三、量子計(jì)算發(fā)展，“強(qiáng)人工智能”會(huì)加速實(shí)現(xiàn)嗎?

谷歌在此次研究成果中提到的“量子霸權(quán)”，最初是由美國(guó)加州理工學(xué)院的物理學(xué)家約翰·普瑞斯基爾提出的，大意是現(xiàn)在最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠完成5到20個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)所做的事情，但當(dāng)量子比特超過(guò)49個(gè)，量子計(jì)算機(jī)的能力就會(huì)將超級(jí)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。

谷歌如今是否實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”尚有爭(zhēng)議，但我們應(yīng)該清楚，照現(xiàn)在這種發(fā)展速度，量子霸權(quán)注定會(huì)有實(shí)現(xiàn)的一天，而且這天的到來(lái)應(yīng)該不會(huì)太遲。因?yàn)橛⑻貭柦桓兜?9量子比特的量子計(jì)算機(jī)芯片，IBM的能處理50量子比特的量子計(jì)算機(jī)都已經(jīng)接近了“量子霸權(quán)”的標(biāo)準(zhǔn)。其他的一些研究成果雖未達(dá)到這個(gè)程度，但進(jìn)步也是很快的。

量子計(jì)算的發(fā)展推動(dòng)了多領(lǐng)域的進(jìn)步，反之一些領(lǐng)域的發(fā)展也成了量子計(jì)算技術(shù)飛速發(fā)展的助力。 近年來(lái)，人工智能領(lǐng)域無(wú)論是技術(shù)還是商用，都呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。此外，已在加緊布局的5G使得網(wǎng)絡(luò)傳輸與單位傳輸速率大幅提升。這些轉(zhuǎn)變都增強(qiáng)了量子計(jì)算的能力，使其發(fā)揮出更大的作用，因而量子計(jì)算與這些領(lǐng)域相輔相成，共同進(jìn)步。

在諸多領(lǐng)域中，人工智能與量子計(jì)算的關(guān)系尤為緊密，人工智能已被科技界與學(xué)術(shù)界公認(rèn)為是量子計(jì)算的重要著力點(diǎn)。 例如，微軟就曾經(jīng)用拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)將其AI助手“小娜”的算法訓(xùn)練時(shí)間從一個(gè)月縮短到一天。此外，量子計(jì)算中自動(dòng)優(yōu)化的功能可自行修正人工智能數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的錯(cuò)誤，并不斷處理新數(shù)據(jù)。

當(dāng)前，AI處于“弱人工智能”階段，但如果不斷加入量子計(jì)算，那么那種傳說(shuō)中的有獨(dú)立意志、情感認(rèn)知能力的“強(qiáng)人工智能”或許會(huì)提早到來(lái)。因?yàn)榱孔佑?jì)算不僅具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，更有自我學(xué)習(xí)和修正的能力。

有觀點(diǎn)認(rèn)為，將黑猩猩置于人類的語(yǔ)言環(huán)境下使其進(jìn)行學(xué)習(xí)，訓(xùn)練足夠長(zhǎng)的時(shí)間，也可以使黑猩猩學(xué)會(huì)人類語(yǔ)言。黑猩猩尚能訓(xùn)練到如此程度，更何況是集人類智慧大成的人工智能與量子計(jì)算。經(jīng)過(guò)這種強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，人工智能一定會(huì)比人類更聰明、更有能力。同理，量子計(jì)算會(huì)對(duì)更多領(lǐng)域產(chǎn)生本質(zhì)層面的顛覆，甚至?xí)婕暗絿?guó)與國(guó)之間的科技方面的競(jìng)爭(zhēng)。也許在未來(lái)某天，我們關(guān)于科技的那些最激進(jìn)的想象都能實(shí)現(xiàn)，或者比我們想象中的還要讓我們驚訝。

當(dāng)然想要看到這一天還要繼續(xù)等待，目前量子計(jì)算尚未普及，而且巨頭之間關(guān)于這一領(lǐng)域也會(huì)有激烈的競(jìng)爭(zhēng)。在這一過(guò)程中與之相關(guān)的領(lǐng)域會(huì)如何發(fā)展，巨頭之間競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果如何，還有待時(shí)間的檢驗(yàn)。