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2023-01-31
“悟空”即將問世，離國際領(lǐng)先水平多遠(yuǎn)？
更新時(shí)間：2022-12-17 09:38:39作者：智慧百科
【文/觀察者網(wǎng) 李澤西 編輯/張廣凱】
在經(jīng)典計(jì)算機(jī)的早期研發(fā)過程中，中國十分遺憾地處于跟隨者位置。不過，中國對(duì)量子力學(xué)前期戰(zhàn)略性的關(guān)注和投入，正在取得令人矚目的回報(bào)。
觀察者網(wǎng)了解到，合肥本源量子計(jì)算科技有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱為“本源”或“本源量子”）即將推出“悟空”計(jì)算機(jī)，以及為其專門配套的“悟空”芯片。“悟空”計(jì)算機(jī)有望成為國內(nèi)頂尖的實(shí)用量子計(jì)算機(jī)，部分報(bào)道稱之為“中國最強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)”。
“悟空”的問世究竟有多大意義，與國內(nèi)其它量子計(jì)算機(jī)有何區(qū)別？中國量子計(jì)算行業(yè)與西方尚有哪些差距？近日，本源量子的總經(jīng)理張輝接受觀察者網(wǎng)獨(dú)家專訪，透露了“悟空”計(jì)算機(jī)的更多細(xì)節(jié)，并深入探討中國量子計(jì)算行業(yè)未來的發(fā)展方向。
本源悟源量子計(jì)算機(jī)外景
以下為專訪實(shí)錄：
觀察者網(wǎng)：實(shí)驗(yàn)室階段的量子計(jì)算機(jī)，已經(jīng)不算是非常新鮮的事物了，“悟空”量子計(jì)算機(jī)和芯片有什么特別的意義？是否具備了量產(chǎn)能力？
張輝：現(xiàn)在量子計(jì)算機(jī)處于剛剛從研發(fā)開始轉(zhuǎn)向工程化的階段。本源最主要的責(zé)任不只是在于科學(xué)研究， 更重要的是做工程化的量子計(jì)算機(jī)。如果按整機(jī)來算的話，從去年以來總共大概只有兩臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的銷售。單純講量子芯片的話，我們一年生產(chǎn)幾百片、幾千片也不是問題。這些生產(chǎn)的量子芯片全部都可以直接用于悟空量子計(jì)算機(jī)，一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)專門的一個(gè)量子芯片。
因?yàn)槲覀儎倧难邪l(fā)開始往工程化上在走，所以芯片的生產(chǎn)還是需要不斷地提升質(zhì)量。我們交付給用戶時(shí)，會(huì)從我們的測(cè)試的芯片中挑一塊相對(duì)穩(wěn)定或者質(zhì)量相對(duì)好一點(diǎn)的。
觀察者網(wǎng)：以現(xiàn)在的發(fā)展速度，量子計(jì)算機(jī)大概什么時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用？
張輝：從全球來看，量子計(jì)算的企業(yè)都是剛從研發(fā)開始往工程化商業(yè)化方向前進(jìn)，目前設(shè)立的目標(biāo)大概是2030年實(shí)現(xiàn)。包括IBM、谷歌這些量子計(jì)算賽道里面最強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)，以及我們本源，都希望在2030年跨入比特位數(shù)比較高的通用量子計(jì)算機(jī)時(shí)代。
觀察者網(wǎng)：量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)芯片相比，算力如何？適合哪些應(yīng)用，不適合哪些應(yīng)用？
張輝：我們這次推出的最新產(chǎn)品“悟空”芯片，會(huì)高于64比特位數(shù)。理論上，n個(gè)量子比特位數(shù)的存儲(chǔ)能力，相當(dāng)于2的n次方個(gè)經(jīng)典計(jì)算機(jī)位數(shù)。 但是量子芯片和經(jīng)典計(jì)算機(jī)芯片的算力不能直接對(duì)比，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)和經(jīng)典電子計(jì)算機(jī)能解決的問題領(lǐng)域目前是不太一樣的，只有少部分交點(diǎn)。
本源超導(dǎo)24比特量子芯片
量子計(jì)算機(jī)更擅長(zhǎng)海量數(shù)據(jù)并行運(yùn)算、模擬分子原理，經(jīng)典計(jì)算機(jī)處理則較為困難。相反，如果用量子計(jì)算機(jī)去處理傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)很擅長(zhǎng)的加減乘除、運(yùn)行游戲、播放視頻電影等功能，我覺得這體現(xiàn)不出來量子優(yōu)勢(shì)，量子計(jì)算機(jī)并不對(duì)這些問題有直接的加速的作用。短期內(nèi)，量子計(jì)算機(jī)應(yīng)該不會(huì)去解這些問題，因?yàn)榻?jīng)典計(jì)算機(jī)已經(jīng)解得非常不錯(cuò)了。
觀察者網(wǎng)：那么量子計(jì)算機(jī)的具體應(yīng)用方向有哪些？在本源量子云的網(wǎng)站上，將近一半的應(yīng)用都是金融。在這方面，量子計(jì)算有什么特殊的優(yōu)勢(shì)嗎？在實(shí)際應(yīng)用中，效果如何？
張輝：量子計(jì)算機(jī)在海量數(shù)據(jù)并行運(yùn)算、模擬分子原子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，或者是生物、化學(xué)材料合成領(lǐng)域，有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。我們做量子計(jì)算機(jī)，就是從數(shù)學(xué)或物理的層面去制造這個(gè)工具。我們?cè)O(shè)計(jì)的這些算法，映射到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可以解決很多金融、生物醫(yī)藥、化工材料、人工智能行業(yè)的數(shù)學(xué)問題。
我們率先在金融方向上有比較多的應(yīng)用，首先是因?yàn)榻鹑谛袠I(yè)對(duì)這種前沿的科技可能會(huì)比較敏感一些，比較愿意先去試用，所以我們現(xiàn)在在金融方向突破比較快一點(diǎn)。當(dāng)然，你也可以看到我們?cè)谌斯ぶ悄堋⒒瘜W(xué)材料這些方向上也在做相應(yīng)的一些部署。這個(gè)是由市場(chǎng)規(guī)律決定的，即市場(chǎng)前景相對(duì)廣闊一點(diǎn)的行業(yè)，包括生物醫(yī)藥，可能會(huì)對(duì)這種先進(jìn)的技術(shù)更為敏感、需求度會(huì)高一些。所以我們也會(huì)率先在這些行業(yè)上開展量子計(jì)算的一些部署工作。
觀察者網(wǎng)：本源量子計(jì)算云已經(jīng)在運(yùn)行，其實(shí)際應(yīng)用效果如何？
張輝：我們是從底層的物理和數(shù)學(xué)問題上去設(shè)計(jì)一些算法，幫助我們的用戶去解決他們的實(shí)際問題。量子計(jì)算從研發(fā)往商業(yè)化的過程中，一方面需要我們積極地去跟用戶走近，另一方面用戶也要跨一步向我們這邊走。
比如說生物醫(yī)藥，我們其實(shí)對(duì)生物醫(yī)藥這個(gè)行業(yè)并不了解，所以我們會(huì)開放量子云平臺(tái)給我們的用戶來訪問和使用，我們需要生物醫(yī)藥的這些伙伴們來提供他們行業(yè)中的問題，以及這些問題對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型、物理模型，這樣更直接、有針對(duì)性地解問題。
觀察者網(wǎng)：本源量子把谷歌、IBM的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，以及英特爾的半導(dǎo)體量子芯片作為對(duì)標(biāo)對(duì)象。相比國外的量子計(jì)算機(jī)，本源量子哪些地方更為優(yōu)越？哪些地方還有待趕超？
張輝：從目前本源的產(chǎn)品和研發(fā)進(jìn)度上來看，硬件方面我們比他們落后一些。我們所說的對(duì)標(biāo)，意思是谷歌、IBM以及英特爾等都是我們的目標(biāo)、我們尊敬的學(xué)習(xí)對(duì)象。不過，在國內(nèi)，作為一個(gè)整體生態(tài)而言，本源目前還是有一定優(yōu)勢(shì)的，比如在軟件和操作系統(tǒng)方面，以及我們的Q-EDA（量子電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具。今年的全球量子計(jì)算發(fā)明專利排行榜上，本源也有幸能夠排到全球第六位。當(dāng)然，我們跟前面這些老大哥們還是有一些差距的，這也是我們前進(jìn)的方向。
谷歌懸鈴木量子計(jì)算機(jī)
觀察者網(wǎng)：很多報(bào)道稱，中國的量子力學(xué)處于全球領(lǐng)先地位，如何理解這種領(lǐng)先？為什么中國在硬件方面還在追趕國外企業(yè)，差距有多大？
張輝：中國在量子科學(xué)研究方面的確在全球處于第一梯隊(duì)，所以中國人應(yīng)該對(duì)量子信息和量子技術(shù)有信心。中國在論文數(shù)量、專利數(shù)量名列全球前茅。
但是在量子計(jì)算賽道里面，我們相對(duì)落后一些，因?yàn)槠渲猩婕暗胶芏喙こ袒膯栴}，而我國整體工業(yè)基礎(chǔ)會(huì)落后一些。比如說，量子計(jì)算的超導(dǎo)和半導(dǎo)體這樣兩條路徑，需要用到傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的一些集成電路芯片的技術(shù)、設(shè)備，這些方面國內(nèi)相對(duì)落后一些。從公開數(shù)據(jù)上看，我們整體落后大約3~4年。
另一個(gè)很重要的差距，是IBM和谷歌這些非常領(lǐng)先的團(tuán)隊(duì)，大概從上世紀(jì)的90年代就開始做相應(yīng)的部署，他們?cè)诠こ袒窂缴系奶剿鬟h(yuǎn)遠(yuǎn)早于我們本源。本源是國內(nèi)最早成立的量子計(jì)算公司，但那也已經(jīng)是2017年了。我們國內(nèi)才剛開始往量子計(jì)算工程化的路徑上探索。
觀察者網(wǎng)：10月5日，英特爾稱自己成功地研發(fā)出了具有“顯著均勻性”的量子芯片，300毫米的硅片良品率達(dá)95%。我國的芯片研發(fā)目前處于什么水平，何時(shí)可達(dá)到英特爾的水平？
張輝：英特爾是一個(gè)非常偉大的企業(yè)，它在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片的設(shè)計(jì)制造上，應(yīng)該說是全球老大哥的角色了，所以它的整個(gè)集成電路和芯片制造經(jīng)驗(yàn)、設(shè)備、人才等，應(yīng)該說都遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于全球所有團(tuán)隊(duì)，這是它的一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)。量子計(jì)算作為一個(gè)新興技術(shù)，從最底層的材料開始，都需要去重新研發(fā)和制造。針對(duì)量子計(jì)算需要的材料，英特爾有非常先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備以及人才積累。他們從原材料晶圓開始就有非常先進(jìn)的技術(shù)，這是我們需要學(xué)習(xí)的一個(gè)點(diǎn)。
英特爾量子芯片
觀察者網(wǎng)：您提到量子計(jì)算也需要集成電路、半導(dǎo)體技術(shù)，這是不是意味著量子芯片也可能受到美國技術(shù)封鎖的威脅，可能沒法真正幫助中國“彎道超車”？
張輝：首先，我認(rèn)為量子計(jì)算這個(gè)技術(shù)應(yīng)該屬于全人類的，我相信未來在量子計(jì)算賽道里面，中國人也會(huì)貢獻(xiàn)中國人的智慧和力量。雖然我們現(xiàn)在努力在追趕國際上最好的團(tuán)隊(duì)，但我們也有一些比較好的原創(chuàng)性技術(shù)產(chǎn)生，所以我覺得未來人類的量子計(jì)算也一定是有中國人參與的。
另一方面，雖然我們是追趕的角色，但是放眼全球，量子計(jì)算目前處于比較白熱化的競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)。我們經(jīng)常講的是希望中國在量子計(jì)算領(lǐng)域上首先“不踏空”。我希望我們能夠去為我們的國家努力在量子計(jì)算賽道里面爭(zhēng)取一些比較核心的專利，然后未來能夠代表國家去參與全人類量子計(jì)算的整個(gè)部署工作。
但現(xiàn)階段而言，這些國際上最強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)確實(shí)無論在資金、人才、設(shè)備上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于我們。彎道超車，我覺得還是很遙遠(yuǎn)的一個(gè)事情。本源現(xiàn)在是在努力靠近他們，希望能夠?yàn)榱孔佑?jì)算貢獻(xiàn)我們的力量、智慧。
觀察者網(wǎng)：那么從國內(nèi)來看，“悟空”算得上是全國最強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)嗎？
張輝：從國內(nèi)公開的信息上來看，在工程化的量子計(jì)算機(jī)生產(chǎn)制造上，本源是目前唯一能夠向用戶去交付工程化量子計(jì)算機(jī)整機(jī)的公司。另一方面，現(xiàn)在公眾對(duì)量子計(jì)算機(jī)的認(rèn)知，可能比較關(guān)注比特?cái)?shù)這個(gè)參數(shù)指標(biāo)，包括IBM做到433比特，包括谷歌做到72比特，大家都在用比特?cái)?shù)在做比較。從公眾比較關(guān)心的參數(shù)量上，悟空在國內(nèi)目前公開報(bào)道上應(yīng)該是最高的。所以從這兩個(gè)維度上，可以認(rèn)為我們即將發(fā)布的悟空量子計(jì)算機(jī)應(yīng)該是國內(nèi)最先進(jìn)的一代量子計(jì)算機(jī)。
觀察者網(wǎng)：悟空量子計(jì)算機(jī)，與國內(nèi)更早前發(fā)布的九章計(jì)算機(jī)在路線上、能力上有什么區(qū)別？為什么悟空似乎知名度要低一些？
張輝：九章是我們中科大潘建偉院士團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目和成果，在全球來看，它是光學(xué)體系下，最早能夠在科研環(huán)境中達(dá)到量子優(yōu)越性（比任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)都能更快解決問題）的量子計(jì)算機(jī)，非常了不起，所以相對(duì)來說在國內(nèi)知名度也會(huì)更高一些。這就像谷歌19年達(dá)到量子霸權(quán)一樣，我相信谷歌的這項(xiàng)成果在未來人類量子計(jì)算史上也是具有里程碑意義的事件。之后IBM等也有很多量子優(yōu)越性的成果，知名度就不會(huì)有“第一臺(tái)”這么高。
九章量子計(jì)算機(jī)
目前我們的悟空量子計(jì)算機(jī)還在籌備階段，本源的一個(gè)目標(biāo)是希望在工程化以及向用戶交付可用的量子計(jì)算機(jī)上，能夠更務(wù)實(shí)地跨出這一步，接下來能夠在解決實(shí)際的應(yīng)用問題上得到用戶的肯定，這是我們?cè)谂ψ龅囊患虑椤?/p>
觀察者網(wǎng)：悟空量子計(jì)算機(jī)采用什么樣的一個(gè)技術(shù)路線呢？相比九章是用光學(xué)的話，兩者區(qū)別是什么？
張輝：悟空采用的是超導(dǎo)技術(shù)路線，簡(jiǎn)單理解就是用電學(xué)體系。
目前從量子計(jì)算的最底層的技術(shù)來看，據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)，全球大概有十幾條的路徑。我經(jīng)常打個(gè)比方，今天的量子計(jì)算機(jī)相當(dāng)于上世紀(jì)五、六十年代還處于電子管時(shí)代的經(jīng)典計(jì)算機(jī)階段；當(dāng)時(shí)，晶體管還沒有發(fā)明，集成電路更沒發(fā)明，未來它收斂到哪個(gè)技術(shù)上，目前還是不能有定論的。
從全球來看，包括剛才提到的超導(dǎo)，還有半導(dǎo)體路徑，都是電學(xué)體系。此外還有光學(xué)體系、離子阱、冷原子等很多種技術(shù)路徑。每一條路徑，從目前來看，都是有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，目前還沒有哪一條路徑一定是完全收斂的。
目前全球的產(chǎn)業(yè)化和工程化方案中，電學(xué)體系相對(duì)來說更成熟一點(diǎn)，或者說推進(jìn)的更快一些，包括IBM、谷歌、英特爾這些比較老牌的計(jì)算機(jī)公司都是在電學(xué)上做部署。這是因?yàn)殡妼W(xué)的工業(yè)基礎(chǔ)好，與經(jīng)典計(jì)算機(jī)存在部分相通性，在工藝、技術(shù)、設(shè)備、人才經(jīng)驗(yàn)上都已經(jīng)有非常多的積累，相比其他新的體系，像光學(xué)、離子阱、冷原子等，是有更多的工業(yè)條件去實(shí)現(xiàn)。
而光學(xué)、離子阱主要是一些研究團(tuán)隊(duì)或者一些初創(chuàng)公司在做，他們會(huì)更愿意選擇新的路徑去探索實(shí)踐。目前量子計(jì)算賽道的階段特點(diǎn)還是百花齊放，我相信未來根據(jù)每條路徑的推進(jìn)情況，慢慢的也會(huì)有一些路徑被淘汰掉，有一些路徑可能會(huì)整合，最終大家會(huì)慢慢的去收斂，形成人類未來量子計(jì)算機(jī)的形態(tài)。本源量子現(xiàn)在主打電學(xué)體系，我們有兩條路徑：一條是超導(dǎo)，即IBM，谷歌現(xiàn)在主推的，還有一條就是英特爾在主推的CMOS（互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體）工藝，或者說半導(dǎo)體量子點(diǎn)技術(shù)。
觀察者網(wǎng)：公開信息顯示，本源量子在2017年注冊(cè)時(shí)注冊(cè)資本僅720萬元。短短五年時(shí)間，你們是如何發(fā)展到今天的規(guī)模？
張輝：本源應(yīng)該是生在一個(gè)非常好的時(shí)代，是“天時(shí)、地利、人和”。量子計(jì)算這幾年在全球快速升溫，所以這個(gè)賽道吸引著越來越多的資本、人才、專家，這是一個(gè)非常好的“天時(shí)”。
“地利”指的是，我們國家正在全力推進(jìn)科技創(chuàng)新，從中央政府往下，這幾年都非常鼓勵(lì)原創(chuàng)技術(shù)和硬科技的發(fā)展，高校獲得了大力支持。我們從中科大孵化出來，在科技發(fā)展和技術(shù)上比較有優(yōu)勢(shì)。
“人和”方面，在本源成立之前，我們的團(tuán)隊(duì)就非常早地從科學(xué)研究上涉足到量子計(jì)算，2003、2004年我們就開始做這方面的事情，積累了非常多的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)，最重要的是積累了一批人，這一批人也是本源能夠快速奔跑的一個(gè)核心條件。
觀察者網(wǎng)：在營(yíng)收方面，你們目前處于什么樣的狀態(tài)？是否支出大于收入？
張輝：是的。至少從我們目前掌握的信息來看，所有的量子計(jì)算公司應(yīng)該都是研發(fā)投入大于產(chǎn)出的。本源非常重視研發(fā)，特別是人才的培養(yǎng)，資金投入還是比較大的，至少遠(yuǎn)大于我們的產(chǎn)出。我們也得到政府和基金在資金上對(duì)我們非常大的支持，能夠讓我們團(tuán)隊(duì)心無旁騖的全力往前沖刺。
本源工作人員調(diào)試悟源計(jì)算機(jī)
觀察者網(wǎng)：過去一年，特別是過去幾個(gè)月，整個(gè)科技行業(yè)的融資有降溫的趨勢(shì)，包括很多美國的科技企業(yè)都在裁員，這個(gè)對(duì)你們有沒有什么直接或間接的影響？
張輝：量子計(jì)算賽道里面，我們看到的一些報(bào)道是，無論從各個(gè)公司的融資數(shù)據(jù)上，還是從量子計(jì)算專業(yè)人才的數(shù)量上，都是在逆勢(shì)增長(zhǎng)。整個(gè)大環(huán)境處于下降態(tài)勢(shì)，很多科技企業(yè)在裁員，很多的資金投入可能在減少，但是量子計(jì)算賽道應(yīng)該還是在持續(xù)升溫的狀態(tài)。
觀察者網(wǎng)：量子計(jì)算下一個(gè)重大突破點(diǎn)在哪？
張輝：我認(rèn)為量子計(jì)算下一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)一定是在應(yīng)用端實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性或者說量子霸權(quán)。從2019年開始，谷歌率先實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)，解決的是隨機(jī)采樣的數(shù)學(xué)問題。到2020年左右，九章用光學(xué)體系去實(shí)現(xiàn)了玻色采樣的量子優(yōu)越性。全球最先進(jìn)的團(tuán)隊(duì)都在努力把量子計(jì)算機(jī)造出來，首先去實(shí)現(xiàn)一些科學(xué)研究上的突破。
我認(rèn)為下一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)一定是在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性，讓量子計(jì)算機(jī)真正在一些具體問題上能夠展現(xiàn)出它的價(jià)值。
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