大厂的算力战争愈演愈烈，都开始搞量子了_风闻

本文首发于微信公众号“李大大饼”

上周，北京开了个 “ Quantum Create 2022 ” 量子开发者大会。

在会议上，百度首次发布了其超导量子计算机 “ 乾始 ” 和全球首个全平台量子软硬一体化解决方案 “ 量羲 ”。

或许，大部分人听到这些与量子有关的产品，第一反应都是产生疑问：

这距离我太远了，跟我有什么关系？这些都是概念吧？是不是还不能用？

**实际上，量子计算，现在已经是看得见摸得着并且能商用的东西了。**比如 “ 乾始 ” 量子硬件平台已经搭载了 10 量子比特高保真度超导量子芯片，可提供稳定优质的量子计算服务。与之伴生的 “ 乾始 ” 量子软件平台现在支持通过云服务获得量子算力，能够提供产业级量子计算服务。

图源：百度量子计算研究所

再比如，本次发布的 “ 量羲 ” 是全球首个全平台量子软硬一体化解决方案，可提供私有化部署、云服务、硬件接入等服务，在最大程度上简化了从量子硬件部署到量子服务的全流程。

图源：百度量子计算研究所

简单来说：

那些曾经看起来遥不可及的量子计算服务，从此，变得触手可得，甚至你在手机上下载个 App 就能用。

实际上，不只是百度，包括美英加等多个国家的大型资本公司在最近几年都纷纷入场量子计算行业。

那么为什么这些大型资本都在不遗余力的加入这一场关于量子计算的 “ 军备竞赛 ” 中呢？

战争伊始

麻省理工学院研究人员在 2020 年发表了一篇论文，从论文中，我们可以找到 “ 量子计算军备竞赛 ” 的原因。

论文认为，深度学习的进展 “ 非常依赖 ” 算力的增长。他们断言，必须发明革命性的算法才能更有效地使用深度学习方法。

也许在摩尔定律提出的时候，人们从来没有想到过芯片的算力会有到达瓶颈的一天，至少，从来没有想到芯片算力瓶颈会这么快到来。

而正如MIT的研究人员所说：

“ 深度学习从围棋比赛中战胜人类，到图像，语音识别，再到人工智能，无人驾驶等，取得了一次次的阶段胜利。但每一次的进步都要付出高昂的代价，那就是对计算能力贪婪的需求。”

更重要的一点是，人类在经济、技术、环境方面的快速发展（ 如：机器学习的量化交易，AI，VR 等 ）都和计算能力深度绑定在一起。

学界普遍认为，算力已经到达了现在所需的极限，那么人类若是想要维持科技的高速发展，提升算力迫在眉睫。

MIT 的研究人员提到：量子计算机也许是出路之一。

实际上，这样的观点也被很多业内人士所支持。

《 Scientific American 》 的特约编辑 George Musser 在《 Job One for Quantum Computers : Boost Artificial Intelligence 》中就发表了这样的观点。

在文章中他引用了华盛顿大学物理系教授 Nathan Wiebe 的话：

“ 只要有足够大和足够快的量子计算机，我们就可以彻底改变机器学习的许多领域。”

这样的描述，或许有些太空泛。那么，量子计算机到底可以改变我们生活中的什么呢？

人工智能：

量子计算的主要应用之一是人工智能 (AI)。人工智能基于从经验中学习原则，随着“反馈”的提供而变得更加准确，直到计算机程序表现出“智能”。

这种 “ 反馈 ”，则是基于庞大算力得出的高概率选择，从而让机器 “ 学会回答某个问题的答案 ”，因此，拥有高效算力的量子计算，是实现人工智能的一个优秀选择。

例如，洛克希德马丁公司计划使用其 D-Wave 量子计算机来测试目前对于经典计算机来说过于复杂的自动驾驶软件，而谷歌正在使用量子计算机来设计能够区分汽车和地标的人工智能。

发现新药 ：

新药的发现部分依赖于被称为 “ 分子模拟 ” 的科学领域，这意味着要根据新药的结构准确预测分子的行为方式，这需要大量的计算。手动执行此操作是不可能的，而且问题的规模对于今天的经典计算机来说也太大了：对一个只有 70 个原子的分子进行建模需要一台经典计算机长达 130 亿年。

然而，量子计算机未来有机会在以日计的时间内解决分子模拟问题，并且可以无缝地模拟构成分子的粒子之间所有的相互作用，使科学家能够快速确定成功药物的候选者。 

这意味着目前平均需要 10 年才能进入市场的救命药物，5年甚至更快就可以被使用。

量子计算机还有很多落地的场景，包括金融、大气、水文等等，我们就不一一列举了。

总之，从各方面综合分析，量子计算机被普遍认为是现如今解决算力问题最好，也是最优的唯一解。

量子战况

虽然量子计算机有着广泛的应用前景和无与伦比的优势，但，现阶段量子计算还不能给予相关布局企业带来较大的收益。

国际著名咨询公司 Gartner 指出：

量子计算可能还需要十年时间才能实现应用上的科技大爆发，但所有的研究成果都向投资者传递一个信号 —— This is the only way to the future。

根据著名咨询公司 BCG analysis 预测，截止 2025 那年，全球范围内量子计算所带来的营业收入将达到 2～5 亿美金；截止 2032 年，这一数字会上升到 25～50 亿美金；而到 2050 年，量子计算将带来 4500 亿美元至 8500 亿美元的营业收入增量。

就像 IDC 高级分析师 Heather West 所说的那样：

“ 经典计算将在未来十年内将会变得无力，它将被量子计算所接替。企业组织应该现在就开始尝试利用量子计算来解决问题。”

所以，很多企业在量子计算方面 “ 赌明天 ”。

从技术上看，国外的大型公司还是比国内普遍强一些，由于大部分功能公司并没有公布量子计算方面的具体投入，所以我们选取了公司所占专利数量来对公司进行分析。

截止到 2020 年 9 月 30 日，全球范围内，量子计算领域遥遥领先的是美国的 IBM 公司，而值得振奋的是，尽管比国外起步晚，中国也有三家公司进入到了全球 TOP 30 : 本源量子，百度，阿里巴巴。

同时，国内公司发展的速度非常快，竞争很激烈：1 年后的 2021 年 10 月，国家工业信息安全发展研究中心、工信部电子知识产权中心发布了《 中国人工智能高价值专利及创新驱动力分析报告 》，在量子计算全球高价值专利及创新驱动力排名显示，百度一度爬升到全国第一名。

在硬件方面，因为起步比较晚，所以国内比海外公司稍有落后。举个例子， IBM 可以搞定 50+ 超导量子比特的近邻连通，逻辑门保真度大约在 99% 的量级，Honeywell 可以搞定 10 离子量子比特的全局连通，IONQ 可以搞定 20+ 量子比特（ 有争议 ），他们的保真度都大约在 99.9% 的量级。国内企业想要在硬件方面追平国外的顶级巨头，还需要一定的时间，但应该不会很慢。

而在软件方面，各国公司相对来讲差距不大，有些专注于量子计算的上云，有些专注于化学模拟、机器学习、微分方程等领域的应用插件。

就拿百度自主研发的量易伏 App 来说，它具有接入自有硬件和第三方硬件的技术能力，让量子算力对于普通人来说触手可及，现在已经可以在应用商店下载。（ 有一定门槛，但是有完备的技术手册 ）

刚好，知危编辑部有两个同事学过量子力学相关课程，所以我们下了一个量易伏APP，做了个简单的贝尔态电路模拟。

贝尔态（ Bell States ），由爱尔兰物理学家，著名的贝尔不等式的提出者约翰·斯图尔特·贝尔提出。它主要描述了：如果比特之间发生量子纠缠，那么发生纠缠的比特的状态就是相关的。

用波函数来表示的话，两个比特相同的状态可以描述为:

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

不同的状态可以描述为:

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

体现在 App 里，可以很简单直观的模拟，只需要四个小 “ 门 ”。

图源：百度量易伏 App

计算时间大概在 0.9s 左右，就可以得到相关结果。

图源：百度量易伏 App 贝尔态模拟结果

通过实验结果我们可以验证贝尔的观点：在最大纠缠的状况下，两个比特的测量结果 “ 一定相同 ” 或者 “ 一定不同 ”， 表现为这四种基态的一种。

百度做出这样的东西，是想努力解决量子计算产业中一个很大的痛点。因为虽然各大巨头都在疯狂布局，但：量子硬件和量子服务常常是割裂的。

比如，国内外众多高校都有自己的硬件实验室，他们设计和打造高性能量子硬件，但是无法将量子算力转化为用户触手可及的量子服务。另一方面，量子计算的学科交叉性（ 数学、物理、计算机科学 ）导致 “ 将量子硬件转化为量子服务 ” 是一件非常难突破的事。

另辟蹊径

实际上，在国内外巨头疯狂布局量子计算硬件的时候，国内一些聪明的公司，在相对晚起步的情况下，选择了全流程一体化发展的策略。

因为即便硬件再先进，不能商业应用也是摆设，而能在商业端被广泛应用的量子计算，才是真正有用的突破。

以百度为例，百度的研究方向包含 QIAN，分别是：量子基础研究突破（ Quantum ），量子基础设施建设（ Infrastructure ），量子应用研发落地（ Applications ），量子生态网络构建（ Network ）。这么做的目的，是想打造量子软硬一体化解决方案，加速量子计算产业化的进程。

现在，百度的 “ 乾始 ” 量子计算机已经可以做到**“ 开箱即用 ”**。“ 乾始 ” 不仅是一台搭载量子计算机硬件的 “ 实验平台 ”，还搭载了自研量子操作系统 “ 量易伏 ”、量子测控平台 “ 量脉 ” 和丰富的量子应用程序。

通俗一点说，就是其他大部分公司更多的是提供给你一辆搭载 V8 引擎的汽车框架，没有座椅，没有方向盘，没有中控等。而百度的 “ 乾始 ” 给了你一辆开门即用的保时捷整车。

与此同时，“ 乾始 ” 通过云服务实现了 “ 人人皆可量子 ”。用户可以在手机、平板电脑、台式机等任何设备上访问乾始超导量子计算机，方便研发人员的使用，也降低了使用门槛，让有兴趣接触量子计算的人可以相对轻松的触达。

除了 “ 乾始 ”，百度还推出了 “ 量羲 ”，他更像是一个生产力工具，用于方便用户对量子计算的部署和应用，如果你不使用百度的算力硬件，你依然可以通过 “ 量羲 ” 这个工具去应用其他量子计算机，这有力的解决了 “ 有硬件，但是不知道如何用 ” 的问题。

举个例子，就像你在玩最新的 PC 游戏大作时，并不需要考虑 CPU 是 Intel 的还是 AMD 或者其他厂家的，不同种类的量子芯片都能方便地通过百度量子平台对外输出量子算力。

也就是说，“ 量羲 ” 可以开放地接入各个硬件平台的量子算力，在云端以全平台的形式让量子计算触手可及。

在新技术这件事情上，向来是**“ 谁先能应用，谁就能抢占市场先机 ”。**

就像苹果一样，在 iPhone 4 发布之前，它并不是硬件做得最好的手机厂商， iOS 也并不是公认最好的手机操作系统。但随着 iPhone 4 的推出，苹果凭借优秀的软硬件一体结合，奠定了现代消费级智能机的应用基础，最终拿下了最大的市场份额。

或许，在量子计算这个领域，优秀的软硬件一体化结合，也能让我们在算力战争这场 “ 不能输的战争 ” 中：

抢占先机。