嘉宾对话：量子计算，下一次工业革命的引擎

丁洪和嘉宾陈宇翱、陆朝阳、施尧耘和王浩华对话

　　新浪科技讯 10月28日上午消息，今日2017未来科学大奖颁奖典礼暨未来论坛年会在京举办。在研讨会五的对话环节，主持人丁洪和嘉宾陈宇翱、陆朝阳、施尧耘和王浩华进行了精彩的对话。

　　以下为对话实录：

　　丁洪：我看我们时间要到两点钟结束，我们有40分钟进行对话。刚才我们听到了两个演讲，第一位是我讲了一下，第二位是施教授，都关于量子计算的事情，下面我们就花40分钟围绕量子计算的问题进行一个对话。我首先介绍一下这四位嘉宾，我旁边是陈宇翱，中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室的教授，第二位是陆朝阳，也是中国科技大学的教授，第三位是刚才讲的施尧耘，阿里云首席量子技术科学家，密歇根大学量子工程和计算机科学系教授，最后一位是王浩华：浙江大学物理系教授，大家欢迎。

　　对话让我来主持，我班门弄斧，我先说，我本人主要是从事材料物理研究，做超导，做拓扑材料，最近才开始做相关的量子计算的材料研究，所以现在我事实上自己本身也有很多的问题，也想请教一下四位量子计算的专家。

　　第一个问题，实际上是问施教授，您刚刚在你的报告，最开始就是说这个量子计算机是不存在的，但是你最后又提到了你是很有信心，量子计算机是会制造出来的，我想问一下你这个信心来自于什么地方，同样的问题，我一会儿也会提问给三位做物理的。

　　施尧耘：能不能请三位先发言，因为我刚刚已经讲过很多话了。你认为量子计算机是不是会实现，你的信心在于什么地方？

　　陈宇翱：其实我觉得刚才施老师的报告最后已经给出了很好的回答，就是说我们对于计算能力的需求可以讲是贪得无厌的，我们永远都会觉得不够，既然有需求的推动，物理上又有这种可能性，我认为还是可能实现的。至于说时间上或者是说我们这么说，比如说我能不能看到有刚刚讲到1024位或者是2048位的量子计算机的出现，我的有生之年能不能出现，我不好说，但是我相信最多在两三代人的努力下，我觉得还是能力实现的，这是我的观点。

　　陆朝阳：这个问题是问施老师的，对施老师报告我和陈老师一样，没有听得很明白，一开始说量子计算机不存在。现在说量子计算机是我们的共识，最后施老师也指出了很多的潜在应用，如果问说一个东西到底行不行的话，我想从两个方面来说。一个是原理上，原则上，能不能做到，是吧？可能就是有一些比如说其他领域的，就是说第一个，如果大家能够想出原则上是一个问题，这个是做不到的话，这个也很好，这也是一个非常重要的成果，可以发表在国际非常重要的期刊上，我相信这是一个未来的诺奖级的工作，你从根本上证明量子计算是做不到的，其实这样一个忧虑，在提出算法之后的一段时间，这个忧虑是普遍存在的，因为大家觉得这个错误是无法避免的，当然第二次拯救的量子计算的领域就是提出了纠错算法，这是我说的，第一个方面在原则上，原理上大家有忧虑的话，可以你有一个非常好的想法，可以发表在国际的期刊上，证明这是不行的。

　　第二个方面在技术上，原则上可以做，技术上能不能达到治理的监督或者是说操作能力。那么其实我觉得这是随着我们的时间发展的。那么，曾经有一度，比如说爱因斯坦跟布尔所争论的很多量子力学的基本原理，比如说用一些理想模型，有一个光子对它进行称重，他们也写出来，认为是做不到的试验，经过几十年的发展，我们在实验室里面都可以很方便的，非常好的制造出一个原子，一个光子，所以我觉得随着技术的进步，认为很多之前做不到的事情，现在做到了，最近的五年，十年，量子发展也有这样的趋势。曾经我们以为需要二十年才能做到的事情，可能我们在未来的两三年，可能会做到，这是我想额外想补充的两点。

　　王浩华：我稍微补充一下，刚才两位教授解释得非常的精辟了，包括前面的讲者，我自己承认我做量子计算的试验研究，以我看到的技术水平，我们做通用的量子计算机要达到容错的预制，这是非常难的，当然计算机的发展也是六七十年的时候没有人能够想到我们能够集成化，一下子小型化集成管的出现，这个也是我们时间的突破点，现在我们处在一个量子计算更大的框架里面处于萌芽的阶段，我们做了很多的机理的研究，原理上没有问题，但是如果说我们集成起来，可能难度上达到通用很难，其实施先生在最后的说法提出两个近期的应用。那个严格来说不是真正的通用量子计算的课题，是说我能不能找到一条捷径，比如说量子模拟或者是优化的计算，这种东西实际上在我们现在可见的技术视角里面，我觉得刚才朝阳也说了，五年，十年，甚至是几年内，就有可能有突破，有实用的价值，可能会超过经典计算机的能力，这是一个非常值得期待的领域。我就补充这些。

　　施尧耘：我抬一下杠，也给自己抬杠，刚才我讲我很乐观。但是我觉得还是有风险，刚刚陆朝阳指出一个风险，我现在讲一个社会上的风险。我觉得这是一件很难的事情，未来不知道要多长时间才能实现的。如果整个社会有非常高的预期，是职业没有办法实现。我觉得这个东西非常的困难，需要非常高程度的投入，并不是一个企业可以单独完成的。这样一个假设下，如果没有社会的投入。冰河时期，对我来讲非常遥远，很极限的事情，我觉得确实有这个风险，如何规避这个风险呢？一个方面是，作为科学家我们需要进一步的准确沟通我们做过的事情，以及我们在这个过程中遇到的困难，这是非常难的事情，而且是一个非常长的征程。而社会上希望有更好的教育程度，更好的理解和欣赏我们所做的工作。

　　丁洪：我接下来问，既然讲到了量子计算，从原理上来说是可行的，是有可能，没有说有什么物理的定理来支持，来复辟的量子计算机的出现，又听施教授说这是很难的，如果说量子计算机最后废了，失败了，会怎么失败，失败是以一个什么样的形式失败，这个问题倒过来问。是因为我们器件做不好，做不出来三极管，集成电路做不好，还是说因为量子纠错的问题。还是说客服不了这个退相干的时间，做物理的，还是说最后我们做出来了，发现其实它的一个效率，比如说理论上是很高的，但是因为由于退相干的时间，最后达不到，我就随便问问这件事，你们怎么理解。

　　施尧耘：刚才我们已经讨论了失败的可能，因为什么原因造成大规模的，刚刚提到了在整个社会，也许预算过程中可能会发现其他的精妙方式来获得一些差异化，那几千年之后可能会成为一种可能。

　　陆朝阳：我补充一点第二个问题，在施老师后面讲的，我非常认同，我们社会应该以一种非常，更加理性的态度去看我们这样一个量子计算研究，既不要捧得太高，因为其实捧得太高是一件非常危险的事情，对于我们来说，我们会一步一步达到最终的目的，所以我们会采取一个分步骤，有阶段性的成果，这样的话不至于说有这样一个非常大的落差，以至于我们的研究最终失败

　　我觉得丁老师提到这个问题，最终失败的概率，我认为是非常小的。当然，这也取决于我们对电子计算机的定义。我个人的利益的话，量子计算机，我能够造出一个机器来，这个机器能够做一些非常重要的，有实用价值的任务，这个任务比我们所有的计算机都要快，会产生使用价值，这个已经算是量子计算机的成功了，因为给我们带来一些新的，我们以前不能够理解的科学，我们已经做不到的技术。所以我们现在，大家正在努力的方向分三步走，第一步我们希望造出这么一个机器，当然第一个目标的话我们并不需要它真正的实用，只要在某些问题上比我们的经典计算机要快，这样的话就实现了我们从只是发表论文到真正有器件的飞跃。第二个飞跃我希望它能够做出一些，比如说超能原子，能够给我们揭示一些凝聚态的物理和材料设计，以及我们非常难以求解的问题方面给我们一些突破，这也是一个非常重要的成果，再之后比如说我们希望能够像一些通用的，可编程的计算机上努力，前面两个目标的话，科学界，大家还是非常有信心的。也非常实用，这个如果做到了，我们可以认为量子计算机已经成功，我是一个比较乐观的。

　　陈宇翱：非常好，我稍微补充几句，我比施老师和朝阳还要乐观。施老师担心的是大众对我们的期望值太高，当我们达不到目标的话，你回过头来看（英文）的发展，也是大家期待，好几十年前的期待很高，一个低谷，发现很高，又低谷，最近你看阿尔法狗出来，也是这样的。所以说一个方面，我说对科研工作者来说，即便是说大众一下子对你进入的冰川时期也好，什么也好，他们是非常有耐心的去继续往前走，而对于大众来说，他只要看到了一点甜头，或者是什么，会激起很大的兴趣来进行。所以我认为，也许会对于大众有，会攀到最高峰。

　　丁洪：非常好，朝阳讲了怎么样定义量子计算机。我问一个问题，大家也没有看过量子计算机，这个量子计算机到底长得什么样？具体的物理形态是什么样的，能做什么，我们输出什么，出来什么。

　　王浩华：量子计算机到底长什么样子，这是很有意思问题，包括我们学术界，我们有三个做试验的学者，我和我的合作者也是中科大的一位教授合作超导芯片，刚才丁洪老师有一个十比特的芯片是我的合作者制备的。

　　实际上在我们现在来说，量子计算机到底是一个什么系统来实现，这是一个存在争议的问题，大家都在齐头并进，大家都想做到第一个目标，展示一个超越经典计算机计算能力的实际的东西，但是目前来说，没有一个绝对的优势，可能有几个系统走在前面，朝阳他们的试验，包括他们最近的光子，包括原子的纠缠和超导比特，可能我们齐头并进，但是有一点可以肯定的事情，以现在我们所看到的技术的可用性的话，这个计算机将是一个非常庞大的系统，当然我们的真正计算机，最原始的那个计算机也是非常大的，电子管的体积占地也是很大的，所以不太可能在短期内谈到一个集成的，和手机上大家都可以用的，这是很难的一件事。但是，我想做成一个可以编程，有一定的编程能力，能展示一些算法或者是做一些实际应用，这还是比较有可能的事情。我希望未来我们能够分析这种分子，小分子的动力学过程，药物合成这些方面有一些很有实际的应用。实际上现在来说这些领域是占用了大量的超算资源，如果我们把我们的量子机器做出来，我们实际上可以分摊很多的超算所需要的资源，这是很有意义的一件事。这是我的理解，

　　丁洪：我看过一个视频讲低倍数的量子计算机，也号称量子计算机，业界有很多人不认为是量子计算机，看上去像是一个超级计算机，黑黑的，大大的，方方的，但是把门一打开就不是了，不是芯片，是智能机，把这个超导的芯片智能，装成这样子，这是我看到的。当然也提到了十个超导量子比特的事，现在我也列在了我的报告中，从四个，五个UCSB，你们也在那个组工作过的，四个，五个，九个，后来你们做到十个，现在有十六，十七个，还有可能是49个，这里有一个问题，如何评价中国在量子计算的发展和在世界上的地位，谁先回答。

　　陆朝阳：我先做一个比较小的回答，刚刚施老师说量子计算机不仅仅是量子比特数的问题。英特尔又宣布了17个超导量子比特的芯片，其实我们确实应该在评价的时候，这个数字是一个方面，其实可能更重要的是，或者是说同样的事情，我们能够对它做一个控制的操作能力，这个能力的最集中的体现，我们能不能把这样几个量子比特全部纠缠起来，这是一个非常重要的指标。那么，比如说我们在科大，现在做到十个光子，我全部纠缠起来，我们科大，比如说和浩华一起合作，发布十个超导量子比特，全部的纠缠起来，但是我们最近比如说英特尔发布了17个是没有纠缠的，其实这里面是在学术界里面有一个很大的区别的，当然英特尔没有发表论文，只是在媒体上发布消息，可能我们很多的公众听起来不知道这里面的一个比较大的区别。

　　所以，我们可以非常有信心的宣布，至少我们中国在光学、超导，以及我们能够纠缠的数目上目前处于一个领先的，光学一直处于领先的地位，最近超导我们感觉也是非常的努力，也有信心跟他们可以一较高下，比如说超冷原子。

　　陈宇翱：我稍稍补充一下超冷原子，体现的是对原子的超重，我们科大去年的时候，首先在探测了五百多对原子的纠缠，今年我可控的超重，四个原子之间的，像丁老师讲的，我转一圈会产生任意子的启发，而且可以产生二分之一的，什么意思？最简单的绕一圈和走得不一样，作为一个相位，细节我不讲了，这也是说可以在超冷原子里，对超冷原子来说，总的来说不能说是，不敢讲理性，有一些方面已经在追赶，起码齐头并进，走在了第一梯队了，这是我对超冷原子。

　　施尧耘：首先我觉得中国的科学家非常棒，做得非常非常出色，在座就有三位非常棒的年轻学者。我想大家还需要注意到中国的远远没有国外的强，比如说在国外各种相关的领域，都有很方便的办法得到一些器件和技术方面，这里有很多的事情，我想会有更切身的体验，大家会看到说这些科学家的成就在这样的环境里成长出来的，更是非常不容易的。

　　但是我想稍微换一个角度讲，我觉得计算是非常困难的。那么，这件事是超越，（英文）在阿里巴巴，我觉得我的观念是，（英文），来自西雅图、广州、深圳、北京、莫斯科等等，我可以聘任何人来到阿里巴巴组建一个团队。大家一起来做，是一个人类的事业来一起做。

　　丁洪：其实不光是阿里巴巴要做，中国有很多的公司，百度和腾讯，不大好意思啊，我们也希望他们跟你们一块儿做。

　　王浩华：我简单补充两句，冷原子在光子，我们国内的很多的团队，尤其是潘老师的团队做得非常好，超导的情况有一点特殊，国外在这个方面的投入点面结合，既有很小的试验组在各个点上有突破，也有大的，IBM，谷歌等几十上百人的团队。国内的情况我们稍微薄弱一点，国内的中科大一枝独秀做得很好，可能点做超导量子计算，团队相对来说在点上的突破少一点，也就是物理所，南大，科大等等这些点的突破可能需要投入。我们看到施先生，阿里，国外确实有谷歌和IBM公司的投入非常大，包括英特尔，刚刚说得很正确，他们发布了一个新闻实际上没有测，如果按照他们的标准，我们也可以发这样一个新闻。我们和科大物理所合作，实际上我们更希望一步一步把比特数能够真正操控到什么水平，再发布这样一个信息，这是我想补充的。

　　丁洪：讲到了超导量子比特，讲17个，谷歌说今年年底发49个，有没有可能，王浩华有没有内部消息。

　　王浩华：这属于商业性的，我已经和他们没有任何信息上的交流。

　　丁洪：但是说五十个量子比特，现在就是所谓的量子霸权，一旦讲到霸权的话，大家都非常敏感，我们听过霸权，就是核霸权，霸权一个是别人有，你必须有，不能说别人有了，我们没有，这句话能不能这样讲，能不能这样理解。体现在什么方面，国家层面上是不是需要进行讨论，比如说美国国会，刚刚开完会说讨论中国的，那么中国方面是不是也该自己讨论讨论。这个方面能不能展开一下量子霸权的概念。到底是怎么体现的。

　　陈宇翱：我的理解是谷歌创造一个（英文），他并不是说，翻译成称霸也好，霸权也好，并没有像丁老师讲的核霸权的地位，只是想表达一个什么意思呢？当你超过，49个还是50个，还是51个，只是数字上的意思，表达某一些特殊的数学问题上进行求解，先不管有没有用，这个问题本身说我们现有的，所有的天河二号都没有办法，但是我这个可以解出来，是这样的一个问题。他超越了现在所有经典计算能力的能力，我是这么理解的，并没有说刚刚说核霸权。

　　陆朝阳：我补充一点的是谷歌这么宣称目前已经受到了，前两个星期的时候，IBM的研究人员他们想出了一种更好的经典算法，所以谷歌这样一个计划的话，我觉得已经受到了严重的挑战，他们可能做出49个比特的芯片，但是到底能不能像宣称得那样，还有很多的戏可以看，我觉得。

　　施尧耘：首先量子霸权是（英文）最早讲的，（英文）发扬光大，现在变成了学界的热点，我解释一下什么意思？意思是说我们做出来一个量子器件，它的规模足够大，使得我们没有办法用经典的办法模拟，现在我们出现一个（英文），我们不能说我们完全的，因为没法模拟，不知道（英文）怎么样。我想对于量子计算来讲，是一个（英文）。但是大家千万不要混淆成为一个到达我们最终目的地的，非常靠近目的地的一点，我觉得只是一个非常原始的起点，刚刚也指出了，最重要的是说能不能解决一个问题，这个问题是有用的，没有其他的办法可以解决的，量子霸权可以做到，我们没有办法理解。

　　丁洪：我们讲得比较热闹，谈得比较热闹，下面人也很多，我相信下面有不少人说你们讲些什么，我都不信，我确实碰到我们有不少朋友做计算机工作的，做工程师，他们就根本不相信这个量子计算机和量子通信。你们作为这个方面的优秀科学家，应该如何向他们解释量子计算机和量子通讯。很多人根本不信，说你违反了图灵机的原理，没有办法编程，不能算计算机，最多是模拟机，你们怎么样向他们解释。

　　陆朝阳：我先说一点吧，我觉得陈宇翱有很多可以说的。这个问题我刚刚回答了一点了，分几个层面，如果你觉得这个原理是错的，可以指出来，这是一个非常重要的突破。那么，比如说第二个，在技术上，首先在量子通信方面，比如说有一些人不信，我觉得最简单的，比如说潘老师，他们其实都已经建立了一个实用化的，从北京到上海的这样一个京沪干线的网络，已经可以把以前银行需要的有些业务，比如说两个银行之间的密钥的分发，以前只有八年才能更新一次，现在可以做到几秒钟更新一次，我觉得最简单的方法，可以试图去攻破，再去接听一下，看看他们能不能知道。我觉得不用去做一些口头上的争辩，一个是国际期刊上发表正式的论文，告诉大家你有这样一个新发现，或者是说实用上真正的，去进行窃听，能不能窃听到，如果能够做到，那么你就赢了，你做不到，就闭嘴。

　　陈宇翱：我也稍微补充一下，刚刚朝阳也提到了叫（英文）有什么关系呢，我只要能解决你之前不能解决的问题，比如说高温超导的例子，有一些有用的问题，比如说碳捕获或者是碳固化，这些问题怎么样，我们光合作用很容易的把碳给，化成氧气什么的，为什么我们做不到这么好的，包括可控核聚变这些事情，如果有一台能够告诉我们，知道怎么样能够高效的把这件事做出来，我无所谓叫它什么。为什么叫做（英文），历史性原因，这次提出（英文）的时候，其实它就是说用量子的系统来（英文）一个东西。包括我们量子通信开始也得到了质疑，你们做的要分发，并不是说量子通信。那么我们确实只是，我做的是由量子方式把密钥分发到所需要的人手上，对于我来说历史上把它叫做阿猫通信，我们也认了，阿狗通信也无所谓，只要用户有需求，愿意用，我觉得都可以，至于说他们用什么事情，我觉得无所谓，对我来说没有关系。

　　丁洪：非常好，这么说下来，他们都信了，工程师也信了，学生也信了，信了的话他们感兴趣，量子计算，量子信息都非常好，我有兴趣，你们该对他们说什么，如果他们有兴趣的话，怎么样的，比如说他们去学习或者是说他们也能参与这项工作。你们有没有什么好的建议？

　　王浩华：我先说两句，我觉得我们在座的有五位，四位是物理出身，我还是强调一下物理学对我们很重要，当然了，尤其是量子计算机，现在处于一个萌芽阶段，确实利用了很多的量子力学，物理里面最深奥的理论之一，所以我学好物理，我可以理解他的精髓，在这个基础上，刚刚施先生也说过，量子计算是（英文），但是我想说的是量子计算（英文），我们必须把这个物理的基础做好，上面需要更多的人才，包括工程和计算机。但是我们国内可能对这个物理，包括从高中的教育开始就有一点点。

　　丁洪：浙江省的浙大是有责任的，浙江省的高考，报考的高中生越来越少。

　　王浩华：我觉得物理非常重要，至少我们有四位老师也是，施先生应该也是有，能读懂量子力学的一篇文章，施先生的物理应该也是相当好的。我就是强调这一点。

　　陈宇翱：正好说到了物理，也说到了高考，因为我从前，我上大学开始一直有人给我灌输或者是讨论，21世纪是生物的世纪，然后下一个世纪是化学世纪。之前我跟庄小卫师姐她们都讨论过，无论是生物还是化学，各个学科，包括了计算机，以及丁老师画的摩尔定律，追根溯源，去寻根问底的时候会发现不得不考虑量子效应，不得不考虑，当你尺寸达到原子尺寸的时候，必须要考虑所以在我来看，丁老师让我告诉特点什么话，跟年轻人讲一句话，无论是21世纪还是22世纪，23世纪，永远都是物理世纪，这我要讲的话。

　　施尧耘：首先物理很重要嘛，我同意的，我也是物理出身的。我对这些感兴趣量子计算的同学和朋友们，我想说的是（英文），因为我们做什么事情，所以我们用我们的生命去换，什么东西比你生命更重要呢？是吧？所以我们要（英文）。另外一个是要（英文），其实这个跟刚才我们讨论的话题，说有些人不信，我提倡这种，其实（英文）。那只是一个部分，另外一个部分是要（英文），我也建议说要（英文），对感兴趣的都要（英文）。有句话理想很美，现实骨干，是吧？（英文）学好最基本的入门课程，做研究也不是很难，所有东西都在网上，刚刚我提到了我有一个上高中的侄子，其实这个领域有很多的方面，所有人都可以找到一个很好的切入点，进入这个领域。那么，我做的事情有很多方面，也需要很多人才，我也鼓励（英文）可以尝试进入（英文）。我可以讲一个比较有意思的个人经历，1997年我去铺林斯顿学习，我导师是姚教授，1998年的时候给我研究生朋友发了一个电子邮件，说现在太糟糕了，没有办法得到姚先生的很多时间，因为他开了一个（英文）。我的导师雇佣的很多的量子方面的架构师和不同的人才。第二天我有一个朋友过来说恭喜恭喜，你发财了，你可不可以考虑我？当时开一个玩笑，现在并不是一个玩笑。我觉得我们人生都很短暂，关键是一个（英文），量子对大家来说，是一个机会，如果大家抓住的话，可以对科学，包括了整个个人的价值能够带来很大的贡献。

　　丁洪：非常好，我相信在座的有很多是对于量子计算非常感兴趣的观众。最后一分钟，能不能提一个问题。

　　提问：你好，我是自己做电脑机器学习方面的，机器学习有一个根本的问题是经典的数据怎么导到量子计算机里面，你做（英文）可以不用考虑，但是你做现实数据处理的话，这个数据是经典的，怎么导过来，我觉得这个好像现在还没有一个很好的，不知道你这边怎么看。

　　施尧耘：这个（英文）是大家都很关注的，所以我回答之后，我也是请其他的四位嘉宾也提供一下意见，我的看法是说（英文），其实有几个（英文）。你可以用（英文）的办法去（英文）。理论上我们没有证明很快收敛或者是什么时候收敛，（英文）可以更快，更接近我们想要的分布，这是一个可能。

　　另外一种可能是用（英文）去做（英文），比如说深度学习是一个拆函数的过程，深度学习把这个过程（英文），就是我们有一个集成，是吧，你可以想象说我们可以做一个量子的（英文），把这种经典的函数扩展到必须用量子才能实现的函数里面，也许我们可以做得更快，也许可以做得更准确，也许可以把（英文）变得更少，这个整个来讲都是一个（英文）。具体的其他的问题的时候，怎么样把这个（英文）转化成量子。那么，如果说你是用（英文）的话也许没有这个问题，你就（英文）。就帮你把这个（英文）做得更好。那个时候就没有这个问题了。也许另外一些算法确实有这个问题，怎么样（英文）。其实这是个点态变成量子态，有人说这是一个输出的问题。这也就是量子的形式，我觉得不够具有说服力。在某一些（英文）场景，也就是说（英文）。它的输入内在的就是属于量子态这是我们可以讨论的。我觉得没有什么确定的答案。其他人愿意的话也可以。

　　丁洪：时间到了，再次感谢各位嘉宾，也谢谢各位出席我们的讲座。非常感谢。