大廠的算力戰爭愈演愈烈，都開始搞量子了_風聞

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上週，北京開了個 “ Quantum Create 2022 ” 量子開發者大會。

在會議上，百度首次發佈了其超導量子計算機 “ 乾始 ” 和全球首個全平台量子軟硬一體化解決方案 “ 量羲 ”。

或許，大部分人聽到這些與量子有關的產品，第一反應都是產生疑問：

**這距離我太遠了，跟我有什麼關係？這些都是概念吧？是不是還不能用？****實際上，量子計算，現在已經是看得見摸得着並且能商用的東西了。**比如 “ 乾始 ” 量子硬件平台已經搭載了 10 量子比特高保真度超導量子芯片，可提供穩定優質的量子計算服務。與之伴生的 “ 乾始 ” 量子軟件平台現在支持通過雲服務獲得量子算力，能夠提供產業級量子計算服務。圖源：百度量子計算研究所

再比如，本次發佈的 “ 量羲 ” 是全球首個全平台量子軟硬一體化解決方案，可提供私有化部署、雲服務、硬件接入等服務，在最大程度上簡化了從量子硬件部署到量子服務的全流程。

圖源：百度量子計算研究所

簡單來説：

**那些曾經看起來遙不可及的量子計算服務，從此，變得觸手可得，甚至你在手機上下載個 App 就能用。**實際上，不只是百度，包括美英加等多個國家的大型資本公司在最近幾年都紛紛入場量子計算行業。

那麼為什麼這些大型資本都在不遺餘力的加入這一場關於量子計算的 “ 軍備競賽 ” 中呢？****戰爭伊始麻省理工學院研究人員在 2020 年發表了一篇論文，從論文中，我們可以找到 “ 量子計算軍備競賽 ” 的原因。

論文認為，深度學習的進展 “ 非常依賴 ” 算力的增長。他們斷言，必須發明革命性的算法才能更有效地使用深度學習方法。也許在摩爾定律提出的時候，人們從來沒有想到過芯片的算力會有到達瓶頸的一天，**至少，從來沒有想到芯片算力瓶頸會這麼快到來。**而正如MIT的研究人員所説：

“ 深度學習從圍棋比賽中戰勝人類，到圖像，語音識別，再到人工智能，無人駕駛等，取得了一次次的階段勝利。但每一次的進步都要付出高昂的代價，那就是對計算能力貪婪的需求。”更重要的一點是，人類在經濟、技術、環境方面的快速發展（ 如：機器學習的量化交易，AI，VR 等 ）都和計算能力深度綁定在一起。

學界普遍認為，算力已經到達了現在所需的極限，那麼人類若是想要維持科技的高速發展，提升算力迫在眉睫。

**MIT 的研究人員提到：量子計算機也許是出路之一。**實際上，這樣的觀點也被很多業內人士所支持。

《 Scientific American 》 的特約編輯 George Musser 在《 Job One for Quantum Computers : Boost Artificial Intelligence 》中就發表了這樣的觀點。

在文章中他引用了華盛頓大學物理系教授 Nathan Wiebe 的話：

“ 只要有足夠大和足夠快的量子計算機，我們就可以徹底改變機器學習的許多領域。”這樣的描述，或許有些太空泛。那麼，量子計算機到底可以改變我們生活中的什麼呢？

**人工智能：**量子計算的主要應用之一是人工智能 (AI)。人工智能基於從經驗中學習原則，隨着“反饋”的提供而變得更加準確，直到計算機程序表現出“智能”。

這種 “ 反饋 ”，則是基於龐大算力得出的高概率選擇，從而讓機器 “ 學會回答某個問題的答案 ”，因此，**擁有高效算力的量子計算，是實現人工智能的一個優秀選擇。**例如，洛克希德馬丁公司計劃使用其 D-Wave 量子計算機來測試目前對於經典計算機來説過於複雜的自動駕駛軟件，而谷歌正在使用量子計算機來設計能夠區分汽車和地標的人工智能。

**發現新藥 ：**新藥的發現部分依賴於被稱為 “ 分子模擬 ” 的科學領域，這意味着要根據新藥的結構準確預測分子的行為方式，這需要大量的計算。手動執行此操作是不可能的，**而且問題的規模對於今天的經典計算機來説也太大了：對一個只有 70 個原子的分子進行建模需要一台經典計算機長達 130 億年。**然而，量子計算機未來有機會在以日計的時間內解決分子模擬問題，並且可以無縫地模擬構成分子的粒子之間所有的相互作用，使科學家能夠快速確定成功藥物的候選者。 

**這意味着目前平均需要 10 年才能進入市場的救命藥物，5年甚至更快就可以被使用。**量子計算機還有很多落地的場景，包括金融、大氣、水文等等，我們就不一一列舉了。

總之，從各方面綜合分析，量子計算機被普遍認為是現如今解決算力問題最好，也是最優的唯一解。****量子戰況雖然量子計算機有着廣泛的應用前景和無與倫比的優勢，但，現階段量子計算還不能給予相關佈局企業帶來較大的收益。

國際著名諮詢公司 Gartner 指出：

量子計算可能還需要十年時間才能實現應用上的科技大爆發，但所有的研究成果都向投資者傳遞一個信號 —— **This is the only way to the future。**根據著名諮詢公司 BCG analysis 預測，截止 2025 那年，全球範圍內量子計算所帶來的營業收入將達到 2～5 億美金；截止 2032 年，這一數字會上升到 25～50 億美金；而到 2050 年，量子計算將帶來 4500 億美元至 8500 億美元的營業收入增量。

就像 IDC 高級分析師 Heather West 所説的那樣：

**“ 經典計算將在未來十年內將會變得無力，它將被量子計算所接替。企業組織應該現在就開始嘗試利用量子計算來解決問題。”**所以，**很多企業在量子計算方面 “ 賭明天 ”。**從技術上看，國外的大型公司還是比國內普遍強一些，由於大部分功能公司並沒有公佈量子計算方面的具體投入，所以我們選取了公司所佔專利數量來對公司進行分析。

截止到 2020 年 9 月 30 日，全球範圍內，量子計算領域遙遙領先的是美國的 IBM 公司，而值得振奮的是，儘管比國外起步晚，中國也有三家公司進入到了全球 TOP 30 : 本源量子，百度，阿里巴巴。

同時，國內公司發展的速度非常快，競爭很激烈：1 年後的 2021 年 10 月，國家工業信息安全發展研究中心、工信部電子知識產權中心發佈了《 中國人工智能高價值專利及創新驅動力分析報告 》，在量子計算全球高價值專利及創新驅動力排名顯示，百度一度爬升到全國第一名。在硬件方面，因為起步比較晚，所以國內比海外公司稍有落後。舉個例子， IBM 可以搞定 50+ 超導量子比特的近鄰連通，邏輯門保真度大約在 99% 的量級，Honeywell 可以搞定 10 離子量子比特的全局連通，IONQ 可以搞定 20+ 量子比特（ 有爭議 ），他們的保真度都大約在 99.9% 的量級。國內企業想要在硬件方面追平國外的頂級巨頭，還需要一定的時間，但應該不會很慢。

而在軟件方面，各國公司相對來講差距不大，有些專注於量子計算的上雲，有些專注於化學模擬、機器學習、微分方程等領域的應用插件。

就拿百度自主研發的量易伏 App 來説，它具有接入自有硬件和第三方硬件的技術能力，讓量子算力對於普通人來説觸手可及，現在已經可以在應用商店下載。（ 有一定門檻，但是有完備的技術手冊 ）剛好，知危編輯部有兩個同事學過量子力學相關課程，所以我們下了一個量易伏APP，**做了個簡單的貝爾態電路模擬。**貝爾態（ Bell States ），由愛爾蘭物理學家，著名的貝爾不等式的提出者約翰·斯圖爾特·貝爾提出。它主要描述了：如果比特之間發生量子糾纏，那麼發生糾纏的比特的狀態就是相關的。

用波函數來表示的話，兩個比特相同的狀態可以描述為:

|01> + |10>, |00> + |11>

不同的狀態可以描述為:

|00> - |11>, |01> - |10>

體現在 App 裏，可以很簡單直觀的模擬，只需要四個小 “ 門 ”。圖源：百度量易伏 App

計算時間大概在 0.9s 左右，就可以得到相關結果。

圖源：百度量易伏 App 貝爾態模擬結果

通過實驗結果我們可以驗證貝爾的觀點：在最大糾纏的狀況下，兩個比特的測量結果 “ 一定相同 ” 或者 “ 一定不同 ”， 表現為這四種基態的一種。

**百度做出這樣的東西，是想努力解決量子計算產業中一個很大的痛點。因為雖然各大巨頭都在瘋狂佈局，但：量子硬件和量子服務常常是割裂的。**比如，國內外眾多高校都有自己的硬件實驗室，他們設計和打造高性能量子硬件，但是無法將量子算力轉化為用户觸手可及的量子服務。另一方面，量子計算的學科交叉性（ 數學、物理、計算機科學 ）導致 “ 將量子硬件轉化為量子服務 ” 是一件非常難突破的事。

另闢蹊徑實際上，在國內外巨頭瘋狂佈局量子計算硬件的時候，國內一些聰明的公司，在相對晚起步的情況下，選擇了全流程一體化發展的策略。

因為即便硬件再先進，不能商業應用也是擺設，而能在商業端被廣泛應用的量子計算，才是真正有用的突破。

以百度為例，百度的研究方向包含 QIAN，分別是：量子基礎研究突破（ Quantum ），量子基礎設施建設（ Infrastructure ），量子應用研發落地（ Applications ），量子生態網絡構建（ Network ）。這麼做的目的，是想打造量子軟硬一體化解決方案，加速量子計算產業化的進程。現在，百度的 “ 乾始 ” 量子計算機已經可以做到“ 開箱即用 ”。“ 乾始 ” 不僅是一台搭載量子計算機硬件的 “ 實驗平台 ”，還搭載了自研量子操作系統 “ 量易伏 ”、量子測控平台 “ 量脈 ” 和豐富的量子應用程序。通俗一點説，**就是其他大部分公司更多的是提供給你一輛搭載 V8 引擎的汽車框架，沒有座椅，沒有方向盤，沒有中控等。而百度的 “ 乾始 ” 給了你一輛開門即用的保時捷整車。**與此同時，“ 乾始 ” 通過雲服務實現了 “ 人人皆可量子 ”。**用户可以在手機、平板電腦、台式機等任何設備上訪問乾始超導量子計算機，方便研發人員的使用，也降低了使用門檻，讓有興趣接觸量子計算的人可以相對輕鬆的觸達。**除了 “ 乾始 ”，百度還推出了 “ 量羲 ”，他更像是一個生產力工具，用於方便用户對量子計算的部署和應用，如果你不使用百度的算力硬件，你依然可以通過 “ 量羲 ” 這個工具去應用其他量子計算機，這有力的解決了 “ 有硬件，但是不知道如何用 ” 的問題。

舉個例子，**就像你在玩最新的 PC 遊戲大作時，並不需要考慮 CPU 是 Intel 的還是 AMD 或者其他廠家的，不同種類的量子芯片都能方便地通過百度量子平台對外輸出量子算力。**也就是説，“ 量羲 ” 可以開放地接入各個硬件平台的量子算力，在雲端以全平台的形式讓量子計算觸手可及。

在新技術這件事情上，向來是**“ 誰先能應用，誰就能搶佔市場先機 ”。**就像蘋果一樣，在 iPhone 4 發佈之前，它並不是硬件做得最好的手機廠商， iOS 也並不是公認最好的手機操作系統。但隨着 iPhone 4 的推出，蘋果憑藉優秀的軟硬件一體結合，奠定了現代消費級智能機的應用基礎，最終拿下了最大的市場份額。

**或許，在量子計算這個領域，優秀的軟硬件一體化結合，也能讓我們在算力戰爭這場 “ 不能輸的戰爭 ” 中：**搶佔先機。