“中國版”量子計算云平臺：劍指計算力百萬倍提升，信息無條件安全加密

11日，量子計算云平臺“中國版”正式啟動，量子計算的商業(yè)化落地近在咫尺。第二次量子信息革命正在加速到來，微觀世界的中國“探夢者”，將如何解鎖量子的“新密碼”，開啟未來科技的“新引擎”？

云平臺“中國版”啟動，開啟量子計算產(chǎn)業(yè)化落地

這一云平臺，由中科院與阿里云合作發(fā)布。據(jù)介紹，這是為用戶提供量子計算的起點(diǎn)，希望推動量子計算產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)三方面的愿景：一是提升現(xiàn)有計算，包括提升機(jī)器學(xué)習(xí)、組合優(yōu)化等性能，帶動基于這些核心計算的業(yè)務(wù)；二是賦能新興產(chǎn)業(yè)，營造量子信息技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)；三是擴(kuò)充安全，加強(qiáng)已有的量子加密通信技術(shù)，使用量子衛(wèi)星，推出基于量子密碼的安全計算。

將量子計算商業(yè)化，已經(jīng)是全球業(yè)界的共識。2016年，IBM就向公眾開放了一款基于云的量子計算平臺——“Quantum Experience”，用戶登錄后能使用一臺5量子比特的量子計算機(jī)進(jìn)行算法或?qū)嶒?yàn)?zāi)M；2017年3月，又宣布計劃建立業(yè)界首個商用通用量子計算平臺IBM Q。

讓更多人參與到量子計算的探索和研究中，無疑可以加快其突破的速度；但量子計算也并非是“萬能”的，其目的主要是用來處理過于復(fù)雜和發(fā)展太快、以至于傳統(tǒng)計算系統(tǒng)無法處理的各種問題。中科院院士、中國科技大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉說，目前平臺提供25量子比特的經(jīng)典計算仿真環(huán)境，2017年底基于10個超導(dǎo)量子比特的量子計算將上線。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波是10個超導(dǎo)量子比特糾纏的主要實(shí)現(xiàn)者之一。他告訴記者，量子計算有兩條實(shí)現(xiàn)路徑，一是通用量子計算，這是非常艱難的，需要實(shí)現(xiàn)量子容錯等。而在計算深度和比特有限的情況下，能否制造一個模擬機(jī)，在某些特定問題上，比超級計算機(jī)更快，就成了現(xiàn)在的路徑。“我們將10個超導(dǎo)量子比特的量子處理器接入云端，希望大家都參與，試圖打通科研到應(yīng)用。”

計算能力百萬倍增加，實(shí)現(xiàn)“量子稱霸”成為可能

“量子計算發(fā)展的進(jìn)程比我想象得要快得多。”潘建偉說，中國科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了目前已知的所有量子算法的驗(yàn)證。

他預(yù)計，團(tuán)隊(duì)將在今年底發(fā)布一臺可上網(wǎng)的、基于超導(dǎo)量子比特的量子計算機(jī)；希望到明年，完成對更多數(shù)目的量子比特高精度操縱。最終，計算能力將超越目前最強(qiáng)大的超級計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)“量子稱霸”。實(shí)現(xiàn)后可用于很多實(shí)用性的研究，例如研究量子退火的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高效全局的最優(yōu)搜索，使得指揮交通、理解圖像等更加簡便、迅速。

計算能力極限的大幅提升，意味著量子計算機(jī)可以分析更多數(shù)據(jù)。比如，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的天氣預(yù)報，躲避颶風(fēng)海嘯；計算優(yōu)化的出行線路，讓城市減少堵車；識別有效的分子組合，降低藥物的研發(fā)成本和周期；甚至可以用于探索太空，較快辨別可能存有生命體的行星。

潘建偉預(yù)測，希望能通過5－10年的努力，實(shí)現(xiàn)數(shù)百個量子比特的相干操縱，屆時對特殊問題的處理能力，將是現(xiàn)在計算能力總和的100萬倍。在求解材料設(shè)計、化學(xué)研究、物理研究等方面特別需要、特別有用的問題上，真正超越“超級計算機(jī)”，最終還將拓展到量子人工智能領(lǐng)域。

第二次量子信息革命加速到來，中國“量子人”將做什么？

信息技術(shù)的發(fā)展，很大程度上是量子力學(xué)奠定了根本的基礎(chǔ)。通過對量子力學(xué)理論的觀測和應(yīng)用，催生了第三次產(chǎn)業(yè)變革，同時也帶來了兩個問題。

一是安全性的問題。信息傳輸過程中，所有依賴計算復(fù)雜度的經(jīng)典加密算法，原則上隨著計算能力的提高，都是會被破解的。信息安全的瓶頸日益凸顯。

二是大數(shù)據(jù)帶來的計算能力瓶頸。要把數(shù)據(jù)中的有效信息提取出來，需要龐大的計算能力，否則數(shù)據(jù)就是垃圾。盡管現(xiàn)在每部手機(jī)的計算能力和當(dāng)時“登月計劃”中用到的是同等量級，但現(xiàn)在全世界的計算能力仍然是非常有限的，大約在2的80次方左右。進(jìn)入納米量級后，量子效應(yīng)將起到主要的作用，原有的摩爾定律也將遇到瓶頸。

“非常有意思的是，量子力學(xué)同時為解決這些問題做好了準(zhǔn)備，第二次量子信息革命正在加速到來”。潘建偉說，量子信息學(xué)將有三方面的應(yīng)用：第一是利用量子通信提供原理上無條件安全的加密；第二是利用量子計算實(shí)現(xiàn)超快的計算能力，一個億級變量的方程組計算，用現(xiàn)在最快的超級計算機(jī)也需要100年，而用量子計算機(jī)只需要0.01秒；第三是實(shí)現(xiàn)量子精密測量。

對于量子時代的科學(xué)應(yīng)用，中國“量子人”團(tuán)隊(duì)有著明確的科研路線圖：通過量子通信研究，從初步實(shí)現(xiàn)局域量子通信網(wǎng)絡(luò)，到實(shí)現(xiàn)多橫多縱的全球范圍量子通信網(wǎng)絡(luò)；通過量子計算研究，為大規(guī)模計算難題提供解決方案，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)時代信息的有效挖掘；通過量子精密測量研究，實(shí)現(xiàn)新一代定位導(dǎo)航等。

來源：新華社 記者：周琳、徐海濤