科工力量：176比特超導量子計算機“祖沖之”上雲，什麼水平？
受訪者朱曉波（左）、彭承志（觀察者網攝）
問：2021年的“祖沖之二號”有66比特，而今天我們上線的雲平台的“祖沖之號”同款量子計算機有176比特，請問技術進步主要體現在哪些方面？
朱曉波：
其實我們當時在2021年推出的“祖沖之二號”就是176比特，只不過對外公佈的、可以讓外部接觸到“祖沖之號”是66個比特，還有110個比特是耦合比特，主要作用是大幅提升比特和比特之間的操控精度。這次“祖沖之號”上雲，我們覺得有必要給公眾展示本來的面目，所以也提供了那110個比特的接口，使得公眾可以訪問到全部的176個比特，這就是我們做的升級。
彭承志：
“祖沖之二號”這個雲平台更多的是面向雲端用户。這次把所有的比特都向公眾開放，是想看看能不能碰撞出新的想法，同時也是想做一個聯繫產業生態、向公眾科普的好平台。
問：量子計算的原理是什麼？量子糾纏、量子疊加是什麼？
朱曉波：
量子糾纏是算力的基礎，如果一台量子計算機連糾纏都沒有做到，那它是實際上就是2個量子比特放在那裏，沒有任何關係。2個量子比特如果糾纏起來，就會有冪次方維度的增加，2個比特是4個維度，3個比特是8個維度，但是如果3個比特沒有糾纏起來就是3個2個維度，如果糾纏起來就是8個維度。比如12個比特，兩兩糾纏和12比特糾纏的對比，就是6組4個維度空間和2的12次方個維度空間的區別，這完全不是一個量級。所以量子糾纏是算力的基礎。
“祖沖之”號超導量子計算機（觀察者網攝）
彭承志：
量子計算和傳統計算機的並行計算不一樣。並行計算每一個核可以獨立完成不同任務，量子計算不是，量子計算要求所有參與的比特必須能夠建立起量子糾纏，這種量子糾纏會幫助量子計算機在一些特定問題上體現出量子加速性能，所以要用實驗去證明這一點。
目前的量子計算機還不能提供通用算力，需要針對具體問題設計特定算法。為什麼我們要針對隨機線路採樣問題做量子優越性的展示？因為在這個問題上，量子計算機的加速特別明顯，能體現出更高的優越性。在破解密碼上，Shor算法能夠大大提升logN的計算速度。
我們現在所處在階段是，要把量子計算機要做好，還要尋找更好的算法，解決在現實生活中有應用價值的問題。只有解決了這幾個問題，量子計算才能真正迎來廣泛使用的春天。
問：剛才提到的“量子優越性”是什麼？
朱曉波：
量子優越性在國外有一個更加響亮的名字，叫量子霸權。實際上，它是指從學術上找一個問題，估計在經典計算機中的複雜度，也就是對要花多少時間或者要多少存儲器嚴格度量，最後拿這個問題放到量子計算機中進行計算，再做比較。這個問題，如果經典計算機完全沒辦法計算，只有量子計算機可以計算，或者用經典計算機中最牛的超算計算得需要幾萬年或者不可以實現，那我們就是可説這是量子霸權。後來，我們覺得“霸權”這個詞有點負面，用“優越性”會更準確。簡單來説，就是經典計算機在這個問題上算不過量子計算機。
糾錯，和谷歌、IBM爭奪下一座“天王山”
問：近兩年量子計算機領域都有什麼進展？
朱曉波：
毫無疑問的是“祖沖之二號”、“九章”、“懸鈴木”、“北極光”這些量子計算機的量子優越性被證明，對科學家們來講，這是非常大的里程碑。
第一，理論上，量子計算機有比經典計算機更優越的地方，現在我們終於用實驗證明之前的物理理論是對的，量子計算機就是算得過經典計算機。第二，谷歌和我們都做了一些“糾錯”的原理類驗證，證明量子計算在原理上沒有問題。將來，我們如果要做一個通用的量子計算機，就要把錯誤降下來。這就是最近兩年做量子計算領域的進展。
彭承志：
“糾錯”這個問題確實是非常重要。量子比特每一次“門”操作都是有錯誤率的，這樣的錯誤可以累積下去，可能一個比特操作幾十次後，被發現變成沒有意義的東西。現在很多團隊宣傳量子比特數量，目前，確實可以打印出1000個比特，但不能對它進行有深度的操控，第一千個比特和第一個比特根本連接不起來，是沒有意義的。實際上，我們要把量子計算機做到可以和經典計算機一樣基本沒有錯誤。實現了糾錯以後，量子計算才具有真正的意義。
以前，糾錯是越糾越錯，朱老師説的“原理類驗證”，是説現在我們證明可這個糾錯可以越糾越好，但是現在還不夠好。比如現在做兩、三百次就錯一次，最好幾百萬次才錯一次，這是量子計算機下一步要突破的“天王山”。
現在只是處於中間的一個節點，還沒有真正實現。我們希望在3-5年左右的時間裏實現糾錯。這是繼證明“量子優越性”以後，量子計算要實現的的第二個里程碑，也是要爭奪的“天王山”。我希望朱曉波的團隊能率先實現。不過不管將來誰率先實現，都是人類在計算領域的巨大進步。我們也期待這一天能夠早點到來。我們希望把具備糾錯能力的雲平台在3年左右的時間內發佈出來，到時不僅要做到糾錯，還要能夠展示一些具有應用價值的量子優越性。
未來3-5年內，誰能率先實現這些，誰就能真正用這個雲平台去賺錢。不只是面向興趣用户和科研用户，而是可以真正售賣算力。再往後，10-15年左右的時間看能不能推出一個通用量子計算機雲平台，幾乎沒有錯誤，可以實現所有的量子優越性，比如量子計算、量子組合優化、量子破譯密碼、量子氣象預報……不僅僅提供某一類的算力，而是幾乎在所有量子優越性可以展示的地方，都可以有很豐富的算力。
總之，量子計算的算力在3-5年內能實現售賣就是我們想做的事情，也是外國關注的焦點。
問：那麼，量子計算還不能單獨提供通用算力，今後我們是不是要朝着量子計算和經典計算融合的路徑發展？
彭承志：
“超量混合”的根本思想，是把超級計算機和量子計算融合起來，融合的方式是希望把經典計算機算不了的問題，或者計算比較困難的問題，或者算起來能耗比較高的問題，轉到量子計算上。只要量子計算能夠算得比超算經濟，就可以產生商業價值。
目前的量子計算機，更像服務器，而不是家庭計算機。説它像一台服務器，是因為它跑在超算雲端時，會更多地發揮整個計算任務中協助器的功能。早期的計算機中是有“協處理器”的，如果在某些方面，量子計算機能夠提供更經濟或者更有效的解決方案，就可能成為超算的協助處理器，這可能是更早、更容易看得到的應用路徑。
圍繞超量融合，我們接觸的合作伙伴也比較多，包括教學領域、金融研究領域，現在都還是試用，甚至有人工智能領域和我們合作發了一些文章，這也促使我們這次把雲平台做出來，讓更多人使用。這給我們帶來了更多靈感，推動了這個領域的進步。
問：量子計算在未來5-10內年可以達到百萬比特的水平嗎？我們可以做出電影《流浪地球》裏MOSS那個程度的量子計算機嗎？
朱曉波：
MOSS在科幻片裏是無所不能的，但即便我們做出通用的量子計算機，它能力的邊界到底有多大現在也不清楚。我們能確定的是，它能幹什麼事情，比如可以做量子優化，可以解析密碼等等。但是大家要有一個基本共識，那就是它不可能什麼事情都能幹，量子計算機很可能是對傳統經典計算機的補充。我們可以把一些特別困難的問題交給量子計算機，把另外一些經典計算機處理的很好的問題還是交給經典計算機。所以二者應該是融合在一起，而不是誰完全把誰革了命。
中國不用“彎道超車”，只需保持領先
問：我們的量子計算能不能打破現有的摩爾定律和黃氏定律，從而實現彎道超車？今天上線的雲平台，能不能提供類似人工智能或者大模型方面的訓練？如果現在還不能提供，那麼大概什麼時候才能提供？
彭承志：
現在講得比較多的一句話是彎道超車，不管是彎道還是直道，大家都是想追上去的。
量子計算這條賽道比較好的一點是，現在全世界的研發團隊都處於早期，而且在比較早期的時候，我們中國的科研團隊就已經躋身世界前列了，所以不太可能要面臨像傳統半導體領域那種情況，就是路徑已經非常成熟了，我們得一步一步地追趕上來。從這個角度來説，我個人比較有信心，當然朱老師有他自己的想法。量子計算如果在未來成為人類算力的最強來源，那麼中國人在這個領域裏一定會有一席之地。
問：我們現在開放“祖沖之號”雲平台主要基於哪些考慮，有哪些新的問題和挑戰需要我們去解決？
彭承志：
為什麼要做量子計算雲平台？第一個原因是不服氣。因為我們科研出身的人喜歡做從0到1的事情。IBM做雲平台的時候，我們已經有一個11個比特的雲平台，好幾萬的用户在上面做過一些實驗。但當時雲平台能做到的事情確實很少，用户們在上面玩一玩、做一做就結束了。
後來，也就是在兩年前，我們對那個雲平台進行了升級，吸引大量的科研用户登錄，大家都好奇用雲平台能幹什麼，其他人在幹什麼，其中也有一些產業用户在一起試用。
IBM和谷歌錢多，人也多，他們的雲平台説是開放給大家一起用，很不幸的是，谷歌的雲平台一直是申請制，我們中國的IP申請得不到通過，IBM的平台也限制中國用户的使用。因此，我們還是決定要自己做一個高性能的雲平台。
其實從科研的角度出發，做雲平台是件費力不討好的事情。因為大部分的工作不是在提升量子計算本身的性能，這方面90%以上的科學工作都已經在“祖沖之號”實現量子優越性的過程中完成了。從資源的角度上看，我們不可能對雲平台進行無限的投入，但是如果後面有好的算法，好的研究方向，我們也會繼續開放新的雲平台來做這個事情，也會和合作伙伴一起做這個事情。
谷歌和IBM不帶我們玩？上雲，生態之爭
問：目前超導量子計算機的產業生態進展如何？有沒有“卡脖子”的風險？
彭承志：
這麼説吧，量子芯片來源於“祖沖之”團隊，來源於朱老師。我們也在配合朱老師開發系統，這和經典的電子學設備很相似，利用企業的優勢，包括供應鏈管理、質量管理的優勢，最後實現批量生產。用到的線纜等組件，都會有供應鏈上的夥伴提供。還有一部分是軟件，包括整個雲平台的架構、人機交互的編譯器的軟件等，正在通過軟件及其他合作伙伴，初步構築這個生態。雲平台的特點是給大家用，用得越多越好，使用本身就是我們的財富。
朱曉波：
IBM的上雲對生態推動做的更好，據我們所瞭解到的，他們有個幾百人的團隊在運營這個雲平台。好處在於，不管有沒有用，從軟件到硬件到應用等各個方面，IBM至少把整個生態都建起來了。
彭承志：
他們建立起自己的生態之後，就會有一套他們的編程語言、操作模式，現在世界各地的學者都在用他們的東西，還不讓我們用，這一點很不好，是讓我們很擔憂的。如果未來的量子計算都是用他們的操作系統或者編譯器……
朱曉波：
通過種方式，他們就培養了用户習慣。大家已經喜歡用這套操作語言和這種操作模式了，再去學一套新的，成本就很高。他們做的就是這樣的事情，讓用户從最簡單的開始學起。
彭承志：
他們從0到1，一步步邁得很好。從科研領域來講，他們在做的正是我們想用的，當然也會變成我們前進的動力。雖然做雲這件事情有點吃力不討好，但是現在也是做了，並且得到了很多夥伴的支持。
雲平台上線主要承擔兩個職能，一是產業生態，一是公眾科普。雲平台本身更看重整個產業鏈的整合，從芯片到製冷機，再把自主可控的軟件生態做成雲上可以服務的接口，這是一個大系統。我們還需要用雲平台來牽引目前不在量子計算領域，但對未來量子計算行業發展很重要的生態夥伴一起來做，這同時也是構築產業鏈的過程。
問：這次“祖沖之號”上雲，對市場有什麼影響？
彭承志：
對市場，我們還沒有想會有什麼的影響。坦白説，從技術角度來講，我們建立量子計算雲平台，更多是想牽引這個領域的產業生態。從市場角度來看，應該是為未來的市場發展打下一定的基礎。如果現在問雲平台能夠牽引多大的市場？那它可能會一定程度地牽引市場發展，但是未必會有立竿見影的效果。
朱曉波：
我稍微補充一點，就像彭老師剛才所説的那樣，我們在量子計算領域起步較早，光量子計算和超導量子計算在國際上都至少處於第一方陣的位置，大家的水平都差不多。
但是我們現在有些風險需要防範，比如國內的量子計算被炒作得過於兇猛，使得原本該有的進步的、真實的面貌沒有被呈現給廣大公眾，這樣很有可能會“捧殺”我們這個領域。
在這裏我要呼籲一下，我們的研發是一步一個腳印的，過多少個月就提升多少算力，現在我們還處於非常嚴肅的科研加技術迭代的階段，不是明天融一點資，發一點新聞，技術水平就上去了。實際上，這對會量子計算領域會產生非常大的傷害。
但是，只要我們不走偏，持續有資源投進來，既不浮誇，也不看不起自己，一步一步地走下去，那麼在量子計算這個賽道上我們很有信心。我們有我們的國情，可以集中力量辦大事，甚至比他們還要早做到，這都是有可能的。
彭承志：
谷歌在這個領域更有雄心，但是我們堅信，沒人能單獨幹成，要麼一起幹成，甚至，我們要領先幹成，我們要去努力。
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