AI公開課：19.05.15施堯耘-達摩院量子實驗室主任《量子計算：前景與挑戰》課堂筆記以及個人感悟

導讀
? ? ? ? 施堯耘1997年本科畢業于北京大學，后在普林斯頓大學取得計算機科學博士學位，是密西根大學安娜堡分校終身教授。在理論量子信息科學領域，施教授涉獵頗廣， 研究主題包括：量子算法和復雜性，量子通信復雜性，量子系統和量子計算的 經典模擬，量子信息學和量子密碼學。
? ? ? ? 2017年6月，施博士加入阿里巴巴集團，擔任高級研究員，并創建了達摩院量子實驗室（Alibaba Quantum Laboratory, AQL）。目前，AQL地跨太平洋兩岸，分處杭州和西雅圖；其跨學科、國際化的團隊正在迅速成長，并為實現量子計算的潛力而努力奮斗著。?目前擔任阿里云量子技術首席科學家，他的主要工作是組建并負責阿里云量子計算實驗室。施堯耘主要的工作地點是在西雅圖。西雅圖算是云計算的圣地了，亞馬遜和微軟兩大科技巨頭、也是兩大云計算廠商坐落于此。此前曾聽馬化騰講過一個故事，說騰訊為了方便從微軟挖人，把騰訊的美國實驗室就建在微軟的對面，^~^，哈哈……
? ? ? ? 什么是量子計算？量子計算=利用量子物理非經典性質的計算，這是有別于經典計算的最不同之處。他曾說：“我正在迫切要招量子體系結構、量子編程語言、量子編譯等等。這些領域是大規模量子計算必須的，也是學界、工業界都非常稀缺人才的。所以我面臨的一個挑戰時如何找到理想的人才：既懂量子，又善編程。兩者兼顧的鳳毛麟角。所以我需要把量子科學家工程化，或者把軟件工程師量子化。”

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目錄

問答環節

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問答環節

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雷鳴教授：傳統的計算是看CPU，但是量子計算是不是量子位，運算能力能夠提升一倍，這句話怎么理解？
施堯耘教授：從科學來看，并不是從N到N+1。其實，關鍵是看到背后，能夠做的更多才是最好的。
雷鳴教授：量子計算，假如以后實現后，如何衡量或者什么指標判定？
施堯耘教授：其實IBM有嘗試做這樣的事情，Quantum 量子體積來去量化量子芯片的算力。如果精度不提高，有時候比特再多也是垃圾，還沒有完全的一個定義。但是對我來說，主要看比特個數和精度。
雷鳴教授：如果定量很難得話，那么定性的話，如果位數提升，比如從10位到11位，會有怎么樣的提升。如果到可用的精度，會怎么樣？
施堯耘教授：對于三歲的小孩，讓他了解論，這其實很難判定的。到底量子比特到底能活多久，信息保存多長，比較關鍵。理論上，量子計算可以無情無盡的往下去做。這也是一個很好的課題。50個比特，有2^50的參數(是一個超大的數字)，這個數字，其實蠻有意思。真正到了這個個數的時候，或許可以與強大的計算機媲美。
雷鳴教授：量子計算，從產業角度分析落地應用。
施堯耘教授：我覺得在模擬量子系統方面最先落地，本身問題就是用量子語言去描述。還是有一個規模的。其實，經典計算也不差，比如人臉識別，采用量子計算可能還不如物理計算。材料方向，更有可能先需要用到量子計算。材料方面，比化學方面，量子力學依賴更大。
雷鳴教授：量子計算的期待，現在看到的通用計算，比如執行C++語言的現實場景。
施堯耘教授：不同的計算工具有各自的用途，雖然量子計算很神奇，但是物理計算也是不差的，不會迅速發展到去替代或者超越物理計算。如果用量子計算去做排序問題，會發現量子計算做排序也不一定會比物理計算更快。總的來說，量子計算和物理計算，未來的發展，各有所長。
雷鳴教授：中國的量子計算在世界的水平？
施堯耘教授：量子計算主要來源歐洲，當下，美國還是比較厲害的。就像走在最前的人，不一定是最后成功的人，對于中國來說，中國還是有希望彎道超車的。在杭州，有很多學術界華人、工業界大佬，都匯聚到了阿里巴巴。
雷鳴教授：量子領域需要什么樣背景的人才？
施堯耘教授：第一個是你的專業專長，最好是量子計算或者與其相關的，比如材料科學的實驗。第二是，你的潛能，科學素養和理解能力。第三個是你的激情，在阿里，我們真的都是為量子而糾纏的學子。
雷鳴教授：關于量子密碼學的看法。
施堯耘教授：后量子密碼學。我來阿里巴巴之前，花了四五年研究了量子密碼學，其實，到現在沒有多大改變?，F在的密碼學，比如RSA算法，這東西是安全的，沒有人聰明的去破解它。量子把物理學引入到量子密碼學里面。大部分量子密碼學的研究主要在兩個方面，一個是研究生產生隨機數；另一個是量子密鑰，量子粒子有一個特點是不能復制，而經典可以無窮復制。
雷鳴教授：模擬量子計算機和量子計算機的區別或者理解。
施堯耘教授：量子退火算法，比如幾個量子比特，計算機可以調整幾個比特之間的強度，你的輸入會變成量子比特之間耦合的參數。一開始相互作用的初始狀態很簡單，根據退火定理，慢慢的演化過程中，最后的狀態會有你的答案。在實際操作過程中，量子模擬其實并不是很高的，所以噪音有時候會使計算結果沒有意義。

個評：關于今天的量子講解，博主也就聽懂了30%左右吧，說實話，聽的有點懵懂。在最前沿、最新的領域，跑在最前頭的人，不一定會跑到最后，后來者，彎道超車的機會更大！比如，當大家都在沙漠中，迷路的時候，任何方向都有可能是出路！所以，前行的路上，冷靜思考，很重要！
備注：以上對話環節的文本編輯，為博主總結，與原文稍微有異，請以原文錄音為準。時間緊迫，如有錯誤，歡迎網友留言指出、探討。

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量子AI

AI當前有意思的研究點，利用AI發現物理世界。其實該研究還是非常遙遠的，蠻漫長的，因為AI真正起作用的是算力和大數據。

• 量子加強學習
• 量子模型 ?

量子力學

量子計算=利用量子物理非經典性質的計算，這是有別于經典計算的最不同之處。

• 能量不連續：原子發出的光，只有對應能級差的波長才會出現。
• 疊加態：量子領域有更多的狀態，比如生+死，電子云的概念對應疊加態。
• 糾纏：兩個或者多個物件之間特別的狀態。但是，在物理下，不可能出現的狀態。

三張PPT講解量子概念

• 量子力學公理：量子態，很簡單，就是長為1的向量。有些實驗，經典物理無法解釋，所以量子力學就誕生了。
• 量子態的演化為保持長度的線性變換(根據薛定諤的方程)。
• 測量結果隨機，概率由向量系數決定。

量子計算模型：

• 存儲：1量子比特，是2維平面上的單位向量；N量子比特，是2^N維平面上的單位向量
• 量子電路：經典輸入 → 量子門電路 → 測量
• 超導量子芯片：量子比特，人造原子。超導量子計算。

量子的現狀和挑戰

? ? ? ?才進入阿里的時候，還不太清楚，什么是量子電子管，所以沒著急去做。但是，后來通過了解電子管晶體管的發展，明白到，只要能帶來價值，就有理由去做。量子計算機什么時候出現？首先要定義什么是量子計算機，廣義上講，外國，已經有了模擬的量子計算機(但不太是確切的量子計算機)，該公司可免費提供了1分鐘的量子計算機使用時間。

何時才有？

• 量子霸權：量子計算機會計算物理計算機無法完成的任務。如何讓量子比特活的更長，其實比較難。量子糾錯，其實也是一個很困難的研究。
• 演示邏輯比特和實際應用：
• 大規模應用

挑戰

• 噪音：越多比特越垃圾，需要達到可糾錯的保真度。要看比特數和精度，這是一個基本問題。量子信息會有死掉的情況，會流失到其他系統內。如果計算很長，錯誤很大。
• 低溫電子學：經典的電子器件很難在量子下工作。

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參考文章
量子計算大牛施堯耘談加入阿里云：一開始我是拒絕的
【清華AI公開課】施堯耘：量子計算終將實現；段路明：大規模量子計算還任重道遠

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的AI公开课：19.05.15施尧耘-达摩院量子实验室主任《量子计算：前景与挑战》课堂笔记以及个人感悟的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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