院士姚期智： 期待用量子算法获得超越自然的力量
钱童心
上周，姚期智先生出席了在上海召开的国际量子密码会议（Qcrypt），这也是这位国际知名计算机学家、“图灵奖”得主、中国科学院院士，为数不多的公开露面。
已年逾古稀的姚期智先生精神矍铄，风趣儒雅。当日，他身穿黑色西装，佩戴一条浅灰色白条纹领带，在中科院院士、中科大常务副校长潘建伟教授的引荐下，接受了第一财经记者的采访。
姚期智先生1946年出生于上海，尽管幼年时就随父母定居台湾，而后远赴美国，但从他的中英文口音中，仍然能辨别出一位上海人的“吴侬软语”。
跨越学科摘得“图灵奖”
量子计算、通信及信息理论是姚期智在上世纪90年代后开始主攻的研究领域。早在1993年，他便提出量子通信复杂性，从而基本完成了量子计算机的理论基础。
潘建伟院士表示，他在读博期间就读过姚期智的文章。“姚先生是研究网络通信复杂性理论的国际先驱，最先提出了量子通信的复杂性，为量子计算的理论基础做出杰出贡献。”潘建伟院士说道。
2000年，因为对计算理论包括伪随机数生成、密码学与通信复杂度的突出贡献，姚期智获得“图灵奖”，成为目前为止获此殊荣的唯一的华人计算机科学家。图灵奖被誉为“计算机学界的诺贝尔奖”，当时图灵奖的组委会曾这样评价：“姚期智先生在计算理论研究方面做出大量的根本性的、意义重大的贡献。”
然而，这位世界顶级的计算机科学家最开始的研究领域却并不是计算机。姚期智曾在台湾大学获得物理学学士学位，在哈佛大学获得物理学博士学位，不过在妻子储枫的建议下，他放弃物理学，转而投入方兴未艾的计算机领域从事研究工作，于1975年获得了伊利诺伊大学计算机科学博士学位
从物理系到计算机系的跨越，也成为了姚期智人生中最重要的选择之一。
姚期智的妻子储枫毕业于麻省理工学院计算机系，对于妻子，姚期智是深怀感激的。他们相识于哈佛与麻省理工的单身男女派对，第一次约会观看的是舞蹈剧《天鹅湖》。姚期智曾骄傲地说道，此生最爱，一是“图灵奖”，一是储枫。两人在一起近50年来，始终过着平淡的生活。
不过姚期智仍认为，在本科阶段选择物理系能让人掌握如何做研究的方法，同时能让人有科学的理念，未来不管切换到什么领域，从事何种事业，这种研究方法和理念都会有所帮助。
培养一流计算机人才的“姚班”
2005年，姚期智辞去普林斯顿大学终身教授的职务，正式加入清华大学高等研究中心，担任全职教授，他还主导与微软研究院合作，在清华创办了意义深远的“姚班”。姚期智依然每周亲自给“姚班”的本科生上两堂课。
姚期智当年创办“姚班”的初衷，是准备把这个班培养成一个具有和麻省理工、斯坦福同等水平的人才的培养库。他认为，现在全部达到了目标，甚至是“超标”了。“在现有的320位姚班学生中，我觉得我们比那些学校的学生还要好。”姚期智表示。
姚期智支持“精英教育”，“姚班”也是中国特定教育环境下的产物。他曾找到时任清华大学书记陈希，表达了自己办“姚班”的想法。为了吸引这名世界计算机领域的华人泰斗回国，陈希书记不假思索地同意了。
对此，姚期智曾表示：“‘姚班’这样的事情，如果在美国做，从理念到实践，会非常困难，阻力会非常多。越是好的大学，想要在里面做一些革新的事情就特别的困难。”
他并不认为“创造力”缺乏可以成为中国科技原创发展不足的借口。“中国学生的创造力不够，我觉得与环境有很大关系，如果周围的环境都满是创造力，教授们思想活泼，那学生自然也会变得跟他们一样。”姚期智表示，“环境的作用、示范带动的作用，会加速我们整个科学领域的进步。我们已经等不起了，必须要用很短的时间做好科技方面的良性循环。”
清华学堂的这一计算机实验班，如今已经培养出一大批中国计算机科学界的顶尖人才，包括后来进入工业领域创业的小马智行的创始人楼天城、旷视科技的创始人印奇和唐文斌等，他们都在全世界最前沿的领域创业。
2011年，姚期智开始担任清华大学交叉信息研究院院长，他还在清华大学组建了量子信息中心。
“姚先生作为国内最早进入量子信息领域进行研究的极少数的计算机科学家之一，为这个领域作出了开创性的工作。”潘建伟院士对第一财经记者表示。
2016年9月，应杨振宁和姚期智两位华裔科学家的申请，中国科学院经审议通过了《中国科学院外籍院士转为中国科学院士的暂行办法》。2017年初，姚期智放弃外国国籍成为中国公民。
量子计算机“呼之欲出”
姚期智先生的研究方向包括计算理论及其在密码学和量子计算中的应用。他用计算机发牌、打牌，研究计算机理论，并将这种理论应用到密码学。用通俗的比喻来讲，生意合伙人如果互相发送电子邮件，即便使用只有双方通晓的暗语，也存在泄密的可能，这就牵涉到信息安全和加密，也是姚期智研究的重要方向。
姚期智对第一财经记者表示：“经过科学家30多年的探索，量子信息领域目前已发展到一个非常重要的突破性阶段，尤其是在最近几年，我们也看到了量子计算机的制造进展，基本上可以说是呼之欲出了。”
在姚期智看来，量子计算是一个非常重要的知识领域。他表示，量子计算机的研制成功，可以被视为第二个“图灵”般的历史重大时刻。“这就相当于我们进入到了原始森林，一个前无古人的地方，任何一个进步都是重大的。”
姚期智对第一财经记者表示：“如果我们研制出量子计算机，将能够帮助我们更好地解释物理学的各种现象，特别是微观的现象和材料学的现象。我们可以用它做实际的计算，可以获得前所未有的新知识。”
量子计算在过去的15至20年中，经历了非常重要的演进，谷歌、微软、IBM等大公司纷纷强势介入量子计算研究，很多的公司和研究机构取得重大的突破， D-Wave甚至已经做出2000多个独立的量子比特计算机。“这不仅仅需要实验学大量的努力，还需要我们最终进行工程学的制造，要建立起超能力的量子计算机，我们就必须要让工程师参与。”姚期智对第一财经记者表示。
姚期智对量子计算机的未来表示乐观。他说道：“我们可以看到，不仅仅是国家在量子技术方面投入大量的人力和精力，而且企业也参与其中。这些企业和研究机构，他们的确是非常有远见的，他们的洞察也非常敏锐，知道这一个重大前沿的领域会给人类带来影响深远的知识结果。”
不过，尽管姚期智认为量子计算机呼之欲出，他仍然表示，建立起一个实用的量子计算机，最后的阶段非常具有挑战性。“路漫漫其修远兮，我不知道会取得多大的成功，但是我们应该要把理想设置得非常高，并且始终保持敬畏和谦逊，不断完善自己。”姚期智说道。
72岁首次创业 下注人工智能
在教育事业上奉献一生的姚期智，今年72岁第一次创业。他组建的新型研发机构——南京图灵人工智能研究院落户南京。姚期智向第一财经记者介绍道，这一机构将致力于把一些计算机领域的研究结果应用到实际的产业中，并转化为有效的知识产权。
今年8月，清华大学交叉信息研究院落户西安高新区软件新城，由姚期智亲自负责，目标是成为中国乃至全球在人工智能领域产学研结合的一个高地。姚期智对第一财经记者表示：“西安的项目主要关注的重点是芯片设计，这是与南京研究院的区别。”
“量子计算和人工智能两个领域的结合将会是未来的重大时刻。”姚期智告诉第一财经记者，“通过量子计算的进步，我们可以把量子和人工智能相结合，也就是说用量子算法，来了解或者是创造新的智慧，获得超越自然的力量。”
姚期智认为，如果能够在当前支持深度学习的神经网络技术中加入量子元素，一旦神经网络与量子元素结合，这可能带来机器学习效率的大幅提升。
他介绍道，量子神经网络利用态叠加原理比经典神经网络处理数据更快，这将是一个重大的进步，因为从原则上讲，我们将能够提升处理海量数据的能力，从而提升人工智能的能力，这也是量子计算的重要应用的一方面。
对于人工智能的未来，姚期智充满期待。他对第一财经记者表示：“今后的二三十年，人工智能一定会在科学界、产业界产生极大的影响。希望中国在下一波人工智能的浪潮中，能够取得一些原创性的、有知识产权的成果。”
但他同时指出，中国人工智能当前的研究和发展存在两个劣势，其一是中国对计算机系统工程一向重视不够，我们在计算力、硬件方面很强，有全世界排名数一数二的超级计算机，但系统工程会是下一个阶段的重要壁垒。另一个缺陷是算法和背后的理论，下一步人工智能的突破一定是在算法方面，会从理论着手，这方面国外已经有了非常深厚的基础，但我们相对而言还处于弱势，需要更加关注理论基础方面的研究。