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攀登量子计算的珠峰,华为迈出第一步,意义深远

2018-10-15 13:09| 发布者: @Xizi_gEql4gDp| 查看: 1220| 评论: 0

摘要: 10月12日,华为全联接大会的第三天,本来以为不会再有大的新闻,但是我发现自己错了,在这一天,华为在量子计算方面做了一个重要宣布:华为发布量子计算模拟器HiQ云服务平台,包括量子计算模拟器与基于模拟器开发的 ...

10月12日,华为全联接大会的第三天,本来以为不会再有大的新闻,但是我发现自己错了,在这一天,华为在量子计算方面做了一个重要宣布:

华为发布量子计算模拟器HiQ云服务平台,包括量子计算模拟器与基于模拟器开发的量子编程框架。其中,HiQ可模拟全振幅42量子比特以上,单振幅81量子比特以上,对于低深度电路的单振幅可模拟169量子比特,而且,它首次集成纠错量子电路模拟,可以实现数万量级量子比特的纠错电路模拟,性能是同类模拟器的5-15倍。

华为在量子计算上迈出第一步,意义深远。

未来等于“量子计算+人工智能”

要说华为的这个量子计算模拟器HiQ平台,先来说说量子计算。

在9月举行的世界人工智能大会上,中国科学院院士、量子计算专家、图灵奖获得者姚期智发表了一个重要的观点:未来等于“量子计算+人工智能”。由此可见看到量子计算对于未来的革命性意义。

量子计算是和现在经典的计算截然不同的存在。在经典计算机里,存储的信息单位是比特(bit),比特使用二进制,也就是说一个比特表示的不是“0”就是“1”。但是,在量子计算机里,信息单位是量子比特(qubit),它可以是“0”,也可以是“1”,亦可以是“1”和“0”的叠加状态。这让量子计算机的运算速度可以达到近乎于无限。

理论上,2个量子比特的量子计算机每一步可以做到相当于经典计算2的2次方,4次运算,50量子比特的运算速度高达相当于经典1125亿亿次,轻轻松松地干掉我国当下最强的超级计算机。量子计算提供了一种真正突破当下摩尔定律和经典计算的天花板,让计算走向一个新的世界。

当下,人工智能炙手可热,大家都知道人工智能的三要素:算力,算法和数据。量子计算机最大的驱动力就是来自于这种不是说几百倍几千倍算力的提升,而是某些情况下指数级近乎无穷大的算力潜能。有了这种无限的算力,让人脑的模拟成为可能。在算法上,量子计算的新思维方法也会提供一种全新的视角。

总体来说,现在的人工智能仍然在很多方面比不上人脑,这里面涉及到的是神经科学的问题。这也催生出一个重要的研究方向:自然智能。姚期智院士说,量子物理是最深入、最美丽的物理法则,最根本性,最本质性关于宇宙的法则,大自然设计法则,如果将量子计算和人工智能相结合,将真正有一个机会去理解自然、研究自然、打败自然。

事实上,量子计算对于人类的未来意义深远,不仅仅会促进人工智能,更是会在很多方面带来革命。超高速量子计算机可以加速新药物的研制,破解最复杂的密码安全系统,设计新材料,模拟气候变化……

在量子计算模拟上跑在最前面

量子计算无限美好,但又非常难以实现。

正如华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康所说,量子计算在硬件、软件、算法、系统等很多方面均有非常多的技术挑战,是一个复杂的系统工程,既需要硬件和操控系统的突破,也需要软件算法方面的突破。

量子计算的研究之前主要集中在学术领域,但是在最近几年开始有企业加入进来,推动其发展。华为就是其中之一,那么这次发布量子计算模拟器和编程框架,到底意味着什么呢?

华为量子计算软件与算法架构师、资深研究员张学仓博士这样解释,模拟器其实是属于量子计算研究的中间产品,或者说是一个量子计算研究初始阶段的一个工具,它不是量子计算机,也不是未来最终量子计算机的一部分,因为它还是跑在经典计算机上,它是量子计算研究和教育的使能平台。

量子计算的硬件系统没有成熟和推出之前,研究的挑战非常大,因为没有类似的硬件环境。华为的量子模拟器,就是一种硬件或者软件算法研究的使能平台。对于大多数研究团队来说,真实的芯片很难获取,也不是所有人都能用几台电脑或者服务器模拟出量子计算的硬件环境。现在有了华为的HiQ平台,就能很方便地通过云服务的方式获取。

值得注意的是,华为的量子模拟器在业界已经属于非常领先的水平。据翁文康介绍,HiQ平台集成了多个模拟器,既支持单振幅,也支持全振幅。一个N个量子比特的系统,其实是由2的N次方量子态做这个的,全振幅的意思就是2的N次方所有的量子概率都算出来,这在所有的模拟当中最困难的,HiQ平台基于华为云用了几百个节点,最大做到42量子比特,是所有云平台上可以用的最大的,这和有的公司仅仅发篇论文而不能落地有根本的不同

在单振幅的模拟器上,业界现在最大的量子路的深度已经做到81比特华为已经做到了这个业界最好水平。而且,华为还做了更大的探索,最大的浅电路可做到169个量子比特的模拟

华为HiQ平台还集成了量子纠错电路模拟器。为什么要这样做呢?翁文康说,因为在量子计算机硬件研究上,排在第一的挑战是操作的精度做不上去,特别是在未来通向量子计算机的路上,第一要解决的问题就是量子的误差问题,即在纠错算法的突破上非常重要。华为的量子纠错电路模拟器就是用来作为一个纠错算法的研究平台,这个对于长远或者短期实现算法的研究非常重要。

因此,华为的量子计算模拟器HiQ平台,发挥的是“承上启下”的重要作用,往下可以帮助理解、设计硬件,向上可以承载算法和应用的探索和验证,意义深远。

在攀登珠峰的征程上沿途下蛋

华为创始人任正非于2018年在上研所听取无线业务汇报时,提出了一个“沿途下蛋”的概念,即在追求理想主义目标的时候,用孵化出来的技术做出现实主义的产品——也就是“在攀登珠峰的征程中沿途下蛋”。

华为在量子计算这样高度前沿的基础科学研究上,就是这样做的。翁文康在接受采访的时候说,“业界普遍认为通用的量子计算需要十年,甚至更长的时间,我们瞄准这个目标也做了一些布局和探索,但是我们不急于求成,在攀登珠穆朗玛峰的过程中,会带动众多技术的进步,我们可以把阶段性成果沿途下蛋,做成专用的量子计算机,解决一些实际的问题,产生商业的价值。”

在这次HiQ平台的研发过程中,同样如此。据翁文康透露,HiQ平台优化过程中,华为在软件并行架构能力、云服务器的性能方面,是同时进行优化的,在云平台的很多指标上都做到了业界领先。

的确,华为推出量子计算模拟器HiQ云服务平台,与其在经典服务器、云计算技术等方面的强大积累密不可分,反过来,HiQ云服务平台的推出又会促进其在服务器、云计算等技术方面的突破,给现有的客户带来新的价值。

对于开发者和学术界来说,华为在量子计算上迈出的第一步也是意义重大。华为量子计算模拟器HiQ云服务平台对外开放提供云服务,这为开发者和科研人员们提供了一个很好的模拟工具,必将推动量子计算技术研究和产业化的发展。

量子计算就像是科学王国的那颗璀璨的明珠,又想是象征至高顶点的珠峰,无数科研和企业界的人们正在勇敢攀登。华为的加入,尤其是其开放共赢的思维,更是值得点赞,期待着未来量子计算能早日成熟、落地,也期待着“量子计算+人工智能”所打开的那个美妙的新世界!武汉夜生活


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