中國領(lǐng)先的搜索引擎和AI巨頭百度最近宣布了量子機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)工具包Paddle Quantum。自2018年成立其量子計(jì)算研究所以來，這是百度將量子計(jì)算與AI結(jié)合采取的一系列步驟中的最新步驟。
“量子計(jì)算已成為最活躍的研究領(lǐng)域之一，”百度研究院量子計(jì)算研究所所長段潤堯博士說。人們開始非常重視量子計(jì)算，并對(duì)其潛力深信不疑。特別是，已經(jīng)開發(fā)出各種技術(shù)來構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)所需的所有元素，并且這些技術(shù)正在粘合在一起。”他補(bǔ)充說。
在加入百度之前，段先生曾是悉尼科技大學(xué)量子軟件和信息中心的教授兼創(chuàng)始主任。他在北京清華大學(xué)獲得了量子計(jì)算博士學(xué)位，并獲得了2006年中國計(jì)算機(jī)聯(lián)邦(CCF)杰出博士學(xué)位論文獎(jiǎng)。
最初對(duì)AI感興趣，“今天我很早就決定涉足量子計(jì)算，這讓我感到非常幸運(yùn)，” Duan說。他談到了量子計(jì)算的三個(gè)要素-研究，軟件和硬件-最近取得了重大進(jìn)展：
新的量子算法和協(xié)議的發(fā)現(xiàn)，從理論上證明了量子計(jì)算相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算模型的壓倒優(yōu)勢，例如量子機(jī)器學(xué)習(xí)和量子仿真中的超高效算法;
基于百度深度學(xué)習(xí)平臺(tái)PaddlePaddle的新軟件工具或編程環(huán)境的出現(xiàn)，例如Quantum Paddle;
作為大型量子計(jì)算芯片的基本構(gòu)件，一比特和兩比特門的質(zhì)量得到了顯著提高。在由谷歌公布量子霸權(quán)在去年年底，段說，“有顯著加強(qiáng)了我們?cè)诮ㄔO(shè)大尺寸和完全可編程量子芯片的信心。”
Duan將量子計(jì)算的當(dāng)前狀態(tài)與合子進(jìn)行了比較：“它將最終交付，但我們?nèi)晕磳?shí)現(xiàn)一個(gè)邏輯量子位。一旦人們找到了解決這一難題的工程技術(shù)，我認(rèn)為量子計(jì)算將成倍增長。”
那么五年后會(huì)是什么樣?Duan說：“由于該領(lǐng)域發(fā)展如此迅速，因此幾乎不可能預(yù)測五年內(nèi)量子計(jì)算將是什么樣子。” “我們可以肯定地說的是，相信量子計(jì)算的人的比例將會(huì)增加，而量子計(jì)算將成為學(xué)生攻讀博士學(xué)位的最佳選擇之一。”
Duan還預(yù)測說：“物理量子比特的數(shù)量和質(zhì)量都將顯著增加，并且許多特定用途的NISQ(噪聲中級(jí)量子)設(shè)備將在某些實(shí)際應(yīng)用中可用。” 他還期望AI與量子計(jì)算之間有更緊密的互動(dòng)：“使用深度學(xué)習(xí)和云計(jì)算等AI技術(shù)來開發(fā)量子世界將非常實(shí)用。”
Duan指出，量子計(jì)算是一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域，起源于量子力學(xué)和計(jì)算理論，但并非這兩個(gè)領(lǐng)域的簡單融合。這是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，需要開發(fā)新的技能和全新的方法，并且需要多年的努力來培訓(xùn)研究人員。結(jié)果，“我們面臨的最大挑戰(zhàn)之一是市場人才匱乏，” Duan說。“這樣做的原因是，量子力學(xué)和計(jì)算理論很少在高中教授，而在許多大學(xué)中是可選的。解決這一問題的一種可能方法是在高中建立一些有關(guān)量子計(jì)算的入門課程。” Duan補(bǔ)充說，讓感興趣的學(xué)生熟悉量子計(jì)算的另一種方法是易于使用的量子編程工具包。
段認(rèn)為，量子計(jì)算的廣泛部署還面臨另外兩個(gè)挑戰(zhàn)。他觀察到：“似乎量子計(jì)算中的大多數(shù)資源都已用于量子硬件。” 量子計(jì)算的軟件領(lǐng)域(量子算法，量子AI應(yīng)用程序和量子體系結(jié)構(gòu))受到的關(guān)注很少。段說：“這根本是不對(duì)的。” “合適的軟件工具可以大大加快量子硬件設(shè)計(jì)的速度，我希望看到更多對(duì)量子軟件的投資。” Duan提到的廣泛部署的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，在我們看到商業(yè)上可行的量子計(jì)算機(jī)之前，需要解決許多困難的工程和技術(shù)問題。
Duan相信，當(dāng)實(shí)用的，可用于商業(yè)用途的量子計(jì)算機(jī)問世時(shí)，化學(xué)模擬將是它們的第一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用。Duan表示：“使用當(dāng)前的量子設(shè)備，我們可以確定小分子的性質(zhì)，并且非常有希望看到我們已經(jīng)接近中等大小分子的性質(zhì)。在藥物發(fā)現(xiàn)和材料設(shè)計(jì)等應(yīng)用中，這樣做的后果將是巨大的。”
另一個(gè)最初的關(guān)鍵應(yīng)用將是機(jī)器學(xué)習(xí)，尤其是相對(duì)較小的數(shù)據(jù)集。段還認(rèn)為，成功地將量子計(jì)算機(jī)用于關(guān)鍵應(yīng)用“將大大提高我們對(duì)量子力學(xué)的理解，從某種意義上說可以大大促進(jìn)物理教育。” 他認(rèn)為，未來將有一個(gè)廣泛的“理解量子力學(xué)的基本原理及其在信息處理中的典型應(yīng)用，就像我們?yōu)榕ｎD力學(xué)和當(dāng)前信息技術(shù)所取得的成就一樣。”
鑒于量子計(jì)算的潛在影響，“大型企業(yè)不能簡單地等到量子計(jì)算機(jī)問世”。“為時(shí)已晚，因?yàn)樗麄冃枰_發(fā)自己的專用應(yīng)用程序和軟件界面，而所有這些都需要高技能的[勞動(dòng)力]。”
段對(duì)技術(shù)和業(yè)務(wù)主管的建議是“立即采取行動(dòng)”。首先，他們需要研究和理解量子計(jì)算的基礎(chǔ)知識(shí)。然后，他們應(yīng)該探索量子計(jì)算對(duì)其核心業(yè)務(wù)的潛在影響。最后，他們應(yīng)該投資建立“一個(gè)小的量子計(jì)算小組，作為其技術(shù)團(tuán)隊(duì)的一部分，專門致力于使企業(yè)具備量子就緒能力。這個(gè)小組的關(guān)鍵任務(wù)不是開發(fā)基本的量子技術(shù)，而是與其他知名的領(lǐng)先量子計(jì)算公司合作，并通過設(shè)計(jì)合適的接口來獲得其量子能力。” Duan說。
根據(jù)百度的網(wǎng)站，“百度這個(gè)名字的靈感來自八百多年前中國宋代的詩。百度的字面意思是“數(shù)百次”，代表著對(duì)理想的不懈追求。” 從開發(fā)中文搜索引擎到創(chuàng)建全球最大的中文自然語言處理(NLP)數(shù)據(jù)庫，百度一直致力于幫助量子AI開發(fā)人員。
