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2023中國高新技術論壇主旨演講——中國計算機學會量子計算專委會副主任、本源量子計算科技(合肥)股份有限公司總經理張輝

新火種    2023-11-22

首先非常高興今天有這樣一個機會能夠到深圳來和大家做這樣一個匯報,也很感謝組委會的邀請。剛才我認真聽了陳院長的匯報,他從量子技術、量子計算的一些基礎都給大家做了一個很好的科普,節省了我非常多的時間。

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首先簡單介紹一下,我們主要還是聚焦在量子計算,大概20年前,我們這個團隊開始做基礎研究,當時是在中科院量子信息重點實驗室,在6年前我們把這樣一個成果開始往企業,往工程化方向上走。很明顯的,大家意識到一個問題,首先是我們今天大家用的手機、電腦,還是超算,非?;鸬腉PT大模型,都需要計算工具,都需要算力。我們知道今天的傳統計算機,晶體管已經趨近于物理的極限,往3納米走,已經不可避免的走到了量子的邊界。過去十幾年很多物理學家避免量子隧穿效應,使我們的晶體管可以工作。費曼曾經提過我們要規避這個問題,當今天經典計算機、電子計算機進入后摩爾時代,沒有辦法集成算力,或者能耗急劇上升,量子計算因此在這個時代被很多團隊、很多國家,很多人關注到,我們在做這樣的事情。我們原來把計算工具編在晶體管,是開關控制的。今天我們把處理信息的能力編譯在電子、原子、光子上來完成計算的需要,我們把它稱為量子計算,利用量子力學這樣的原則。

很長一段時間,很多人認為量子很玄幻,很多人覺得量子計算躺在書本上,剛才大家看到,從2019年開始,谷歌,中科大的團隊已經陸續把這個機器造出來了,原型機造出來了。大家看到這個列舉的數學問題,很多人說量子計算機相比經典計算機的算力概念是幾億、幾百億的算力提升,這是我們已經展現出了量子霸權的能力,非??植馈K源蠹铱梢钥吹?,從全球來看,幾乎所有的發達國家,很多發展中國家都投入了巨資開始爭奪這樣一個信息領域的核武器概念的新的算力工具。美國把量子計算稱為叫微型曼哈頓計劃,大家看過《奧本海默》這個電影,他們造原子彈就是曼哈頓計劃,他們做量子計算,現在也是爭奪的焦點。非??上驳目吹剑袊诹孔淤惖郎戏浅>哂懈偁幜蛯嵙?,現在在很多學術界和工程界,都把量子技術認為是非常少有的中國現在有機會能從原點上去參與國際競爭的技術,所以今天我們面對著這樣一個量子計算打開的全新機會。

可以看到國內從2020年,總書記開始帶領中央政治局常委,也就是薛院士做的報告,開始關注量子這個技術。二十大、中央經濟工作會、兩會,都把量子計算放到國家戰略的高度。我印象很深,2020年左右,當時新華社采訪我們的時候提到了這樣一句話,他說工業革命時代、蒸汽機時代,馬力代表國力。我們現在處于信息時代,算力就代表我們的國力?,F在國家建算力網、東數西算,希望大的算力提升我們的數據處理,這也是我們這代人要承擔的職責。

我簡單介紹一下量子計算產業方面的工作。很多人會問量子計算機現在到什么樣的階段?我們大概把量子計算劃為三個發展階段,2020年前十多年,大家造量子計算機,把這個機器造出來,谷歌、IBM在2017年把這個計算機造出來。我們今天處在這樣一個時間階段是專用量子計算機時代,可能量子計算機不能通用性地解決各種問題,但是在某些問題上能夠發揮一些作用,我們正在努力研究。在這個階段上,很多工程師、企業家開始去參與量子計算,不光是原來一堆科學家在做的事情,現在越來越多的工程師開始做這件事情,也誕生了像一些新的計算模式,即便今天量子計算機才是一個剛剛起步的階段,但是在全球,IBM、谷歌這些巨頭已經形成一股新的勢力爭奪量子計算機的生態。我們手機習慣使用iphone,電腦喜歡使用Windows一樣,我們要提高這樣的意識。2030年往以后是IBM、谷歌他們認為是通用量子計算機的階段。我們看貫穿在《流浪地球2》中的莫斯,就是550W,我們現在要做的就是這樣的事情,去計算月球隕落,包括數字生命等,這就是量子計算為我們打開的未來的想象空間。

目前全球有300多家量子計算概念公司,是非??斓脑诎l展,美國和歐洲集聚度相對最高,比國內要早,所以這個也是我們今天面對的一個很大的壓力。我們說從科學研究上,我們還是在第一梯隊,但是從工程化,包括剛才陳院長講了,我們很多的工業設施,很多設備,很多的工藝技術還卡在人家手上,所以這個都是我們接下去5年、10年要接受的挑戰,我們必須自己走下去。

在量子計算機生產環節,現在全球是非常有科技感的量子計算機形態,IBM、谷歌公司都在陸續發布量子計算機,都是工程化、商業化的量子計算機。我們國內有很多團隊,包括本源、玻色、啟科,都在做這樣的量子計算機,我們現在在不斷地迭代發展它。本源人非常自豪的事情是在過去兩年多的時間里面,非常完整地把量子芯片制造封裝的小試線建設完成,我們里面大量的設備轉成國產化,原來集成電路上面的設備,因為量子計算的需要把它自研出來。中間這個圖可以看到我們有一整排的量子計算機,這是量子計算機整機組裝實驗室,在過去6年時間,本源人不斷努力,我們基本上能夠把量子計算機工程化的事情跑通,目前還有10%-20%的零配件不在我們手上,這是我們要努力發展的方向,這也是最難的。我們看到設備、芯片、零配件都是變成了產品,就是能夠去交付給用戶區使用和開發新一代的量子計算機,這一塊也是非常有自豪感,也是當年團隊創始人郭光燦院士講到的,任何一個環節、零配件都必須在我們自己手上,這也是我們努力的這樣一個目標。

在應用生態上面,我會提到一點,剛才在第二階段的專用量子計算機時代,現在已經出現很多量超融合的案例。我們搜尋到的信息上,包括了歐洲的很多國家,現在G7的國家都已經把量子計算機集成在超算中心里面,怎么樣讓這個先進的工具和傳統計算機協同起來解決問題,現在已經結成了新的算力工具。大家可以看到有非常多的案例,我們國內其實有這個意識很早,但是還沒有量超融合的案例,我們現在在上海超算和鄭州超算已經通過云的方式把量子計算機和傳統超級計算及、智算連接起來,但是還沒有把硬件真正的去結合,所以這個是我們下一步重點的工作,我們馬上就會在合肥把量子計算機布進超算里面,去探索量子計算機和超算協同工作。

量子計算機現在應用的場景上面,這幾個方面都是非常熱的,像金融、生物醫藥、AI、大數據、網絡安全、航空航天、智能制造,這是未來強大算力工具從目前的研究上未來都能賦能的行業。因為時間關系我不一一展開,大家可以看到我舉的一個例子,就是金融。可以看到全球大家數得上名字的金融巨頭,摩根、高盛、花旗這些都在用量子計算機開發一些新的算法,包括去算一些投資組合優化,很多人可能對自己的資金未來怎么管理,怎么去買股票,買資產,未來用量子計算機一定算得更準、更快,得到的是最優化的一些解決。包括金融上的安全問題,這是目前在受到很高的關注度,這些都是國外的一些案例,都是一些金融巨頭和量子計算公司的一些合作,有很多的研究方向。其實我們自己本源團隊和建行、中信銀行、中金、浦發銀行、平安銀行也在開發對應的一些算法,投資組合優化、期權定價、金融安全這些問題。我們中國人有自己的很多一些想法,知識產權專利,也自己產生出來,雖然硬件在努力迭代,但是在軟件方面我們會盡快做一些部署,所以今天量子計算正在做探索的一些工作。

IBM這樣全球最好的量子計算公司他們現在在金融、汽車、醫藥、化工行業上已經集結了200多個頭部企業,行業巨頭,在研究量子計算未來怎么用,這個強大算力工具怎么賦能。我們比較被動的是量子計算對中國而言是全面封鎖,我們在2018年也學習IBM,在國內開始組建我們的產業聯盟,我們也需要更多的場景,探索這個先進的工具怎么使用,這個非常不容易,一步一步走來,我們今天有80多個涉及到金融、人工智能、航空航天的單位,在我們這樣一個創業公司的平臺上共同研究量子計算未來怎么用。這是我們前期已經開發的一些算法,大家可以看到,包括像期權定價、用戶行為預測等方法,傳統計算機也在做,但是量子計算現在的研究上很快就能在這些問題上比經典計算機處理得更快,更好,所以我們對這樣一個新的工具是充滿著期待。

最后一條我們認為非常重要的一個產業鏈就是教育科普。全球現在量子計算的人才極其的緊缺,美國的市場調研報告當中體現到,現在量子領域的三個崗位平均只有一個畢業生能夠去應聘,人才非常非常緊缺。而且從教育科普的角度來看,我們需要不光是培養專業的人才,更重要是我們在培養5年、10年后的這些人的習慣,這些生態。我們今天每多培養一個中國的孩子去學中國自己的量子計算機語言、操作系統,或者是用我們的量子計算機,未來就會擴散出很多的這樣一些能力,就像今天很多的碼農開發的APP,一個好的APP可以輻射幾十萬、上百萬人,我們需要去培養生態的一些準備。所以無論是從高校、中小學生,還是行業培訓,我們在做積極做的服務,我們在中國計算機協會的支持下,連續舉辦了兩屆量子計算機編程挑戰賽。

其實我們在2020年的時候有這個想法去做,當時全國找了不超過20支隊伍過來報名,很少有人能做這件事情,但是在近兩年,兩屆的大賽有將近1700多支隊伍,非常給我們提振信心,我們有越來越多的人和孩子們關注這件事情,愿意來學習這些先進的工具,愿意用中國人的智慧貢獻這樣一個賽道,所以這是給了我們賽道這些搞科研的人,現在做企業,做科普,給了我們極大的這樣一個信心,我相信中國未來的量子計算是充滿著希望,為量子計算貢獻提供中國的解決方案,也是我們今天希望在這樣一個高交會的會場上給大家做這樣一個匯報,謝謝。

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