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施尧耘:量子计算与经典计算的竞赛 就像是袋鼠和乌龟赛跑

文章来自:财经新声
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发布时间:2020-11-19 14:33:55
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寻找区块链力量第十期:区块链技术为什么是硬核黑科技?

科普贴:区块链有几种链?

主持人:熟悉我们节目的人都知道,我们每一期都会有一个主题关键字,今天的关键字是“硬”,我们都很好奇未来世界会是什么样子的,而塑造未来的最重要的力量之一,就是我们正在研究和开发的科学与技术,如今各种硬技术不断涌现,比如说5G,IoT、 量子计算,可能对于我们普通老百姓来说,这些名词似乎都听过,但确切知道并理解每项技术会带来什么改变的人,相信并不多。今天非常有幸请到一众达摩院高手来到我们的节目,做一次巅峰的交流,为这些硬科技布道。他们是达摩院量子实验室负责人施尧耘先生。达摩院XG实验室负责人张铭先生、达摩院区块链实验室资深技术专家闫莺女士、阿里云IoT事业部 CTO丁险峰先生。欢迎四位做客寻找区块链力量第10集。我想对于很多观众来说,达摩院是一个很神秘的研究组织,所以想先请四位用最简单通俗的语言告诉我们,你们各自所研究领域的技术特点是什么,以及这些技术发展到了一个什么样的阶段。首先请施老师。

施尧耘:非常高兴来到这里,我先简单的介绍一下什么是量子计算。量子计算是利用量子力学里面非经典性质的计算,比如说量子纠缠、叠加态,量子计算有颠覆当前计算能力的一个潜能,可以用到比如说新材料,新分子的发现,大数据的分析等等,所有在需要强大算力的问题上,我觉得量子计算都有潜能去带来一个提升和变革。我个人对这项技术意义的总结在于三个关键词:快、不同和酷。快是一个本质上的快,是把计算的步骤量急剧的减少,不同指的是说量子计算提供了一个解决问题的跟经典计算完全不一样的工具。这个工具可以做的事情,经典计算机很难直接去模拟,直接做,照着那样的算法去做。那么这些问题有可能如此之难,使得量子计算机也不能够做得非常完美。所以量子跟经典有可能会处于一种互相竞争的一个状态。但是因为新的工具可能会让使用者更早的发现价值或者发现更多的价值,所以它做一个不一样的工具也很有意义。酷指的是量子计算机作为一个人造的、大型的、非常精致的量子系统,它的实现与应用,可以说是量子力学或者科学里面前所未有的极致的一个实验,也能帮助我们探索新的未知。所以三个关键词:快,不同和酷。

整个领域还属于研究和工程并重的一个探索阶段,技术发展的方向上仍然有很多不确定性。在业界里面和走在前面的团队相比,我们还是一个刚刚起步不久的团队,我们的实验室,我们在做超导量子计算硬件实验室,大概运行了一年多,开始在产出一些创新的成果,我们最终目标是要实现量子计算潜能,走到这个目标还有非常漫长的道路。我就说这么多,谢谢。

主持人:谢谢您,接下来呢请张铭老师来聊一聊您所在的XG实验室。

张铭:感谢有这次机会能够和秦女士做这次对话,那么和刚刚施老师介绍的量子实验室不同,那么XG实验室其实从这个名字大家应该就可以看到,我们是做通信方面的研究的,X其实它代表了4G,5G 6G,甚至未来有可能7G。其实今天整个通信的研究,正处在从4G时代向5G时代转变的时期,4G的创新、商业价值都已经得到了充分的证明。5G的商业化现在正处于一个起步、蓄势待发的阶段。所以我们在这个阶段,成立XG实验室,就是希望能够加速5G时代的到来,能够通过在应用层面的创新,来去拉动整个5G技术的发展,以及去加快规模化的部署,这是其一。

另外一个,6G这个词最近一段时间也逐渐开始广为人知。那么6G其实是属于一个才开始起步的阶段,和5G不同,5G大家已经耳熟能详了,各个行业各个生活方面,可能大家都会去说这个东西,5G的手机、5G的套餐、5G的应用已经很多,但是6G现在更处于非常萌芽的阶段,包括6G它需要去解决什么应用问题?很多事情都现在还处于一个未知的状态。那么我们在这个时间成立XG实验室,也是希望能够尽早的去加入到6G的预言中间,来一起定义通信世界的未来。

主持人:5G可以让整个世界做到真正的万物互联,那么究竟什么是万物互联?接下来我们就请丁老师来告诉大家。

丁险峰:非常感谢。非常高兴和秦女士来探讨这样的物联网的问题,很多人认为物联网是万物互联,把硬件连在一起,比如说把冰箱、把洗衣机、把电饭锅连在一起,大家就觉得好像是一个万物互联。其实万物互联的使命是什么?大家要记得人类已经解决的通信问题是解决了100亿人的通信问题,比如说地球上有70亿人,我们很多人是有两个手机,用于家庭生活和办公,手机解决了100亿人的通讯问题,那么物联网解决的是什么问题?是解决1万亿物的通讯问题,那么就是说有100亿人跟1万亿物叠加在一起,这是一个美好的数字世界。这是下面10年人类正在瞄准的问题,要如何把整个物理世界变成一个数字世界,建立一个数字孪生的世界。未来的数字世界的数人它有可能是机器,比如说冰箱跟人交流,靠自然语言理解能够产生的交流。物联网的任务是把整个物理世界搬到数字世界去,当然了它是由粗颗粒度变成细颗粒度,不断地深入去描述整个的物理世界。这个是物联网的一个主要的任务。

物联网这个科学主要是建立一张计算的网络,未来有一个无处不在的数字世界和无处不在的物理世界在并存的时候,在每一个节点上都有计算。冰箱上有计算,洗衣机上有计算,人身上可能有多个地方计算,有可穿戴计算,有手机计算,车机计算,还有电视机的计算和云的计算。让计算成为真正成为水电煤,无处不在。有各种各样的不同的计算,比如说时延100毫秒的计算,有时延1毫秒的计算,能够及时处理机器的反应。

第二讲的无处不在的计算,未来有1万亿数字人,就有1万亿个数字节点,整个数字孪生世界是由一个无处不在的计算支撑的。无处不在的计算是一个无处不在的网络,有1万亿物连接起来的网络,而这个是我们正在解决的问题。所以如何做到比如说边缘计算高效,如何做到端侧计算高效,如何解决像自动驾驶车这样极复杂的计算和一个灯泡这样简单的计算,如何用一套highly scalable弹性计算框架解决,这是一个核心的问题。而这些技术问题正在被人类不断地攻克,未来5年到2025年就会产生极其巨大的变化,到2030年,我认为可能我们会给张铭老师还有施尧耘老师提出极其巨大的问题:5G、6G这样的经典计算不够了,要量子计算来承担。

主持人:好,谢谢丁老师,接下来想请闫总来谈一谈您所在的区块链实验室的研发进展。

闫莺:今天我们应该也算是东道主了,来介绍我们区块链实验室,区块链实验室其实是立足于基础技术,然后发展创新性的研究和应用,具体来说达摩院区块链实验室的基础技术有7个大的方向,比如共识算法、密码计算、跨链、隐私计算、可验证存储等等,这些是最基本的。然后我们是以商业和金融的场景为突破口,打造自主的、工业级的、金融级的区块链平台,也是蚂蚁链平台。

为了实现这个目标,其实我们有三方面的工作在一起推进。

第一,这些刚才提到的基础技术打深度。第二,就是这些基础技术本身要融合,以及和刚才几位嘉宾谈到的,IoT,5G、 量子计算、人工智能等等,做一个融合,融合之上的创新。第三,应用创新,我们认为技术的生命力还是在应用,也是积极地在这三个方面做迭代。在过去的几年里,经过努力,我们也取得一些阶段性的成果,比如说专利数,全球的专利数,我们连续4年是全球专利申请的榜首,我们在专利授权数量上也是以比较明显的优势领先。从业务规模来看,蚂蚁链上有10亿的账户规模,日均10亿的交易量,我们也帮助50多个场景解决基础可信链接的一些问题。

主持人:好,接下来这个问题想和张老师来聊一聊,今年3月份阿里成立了XG实验室,您认为在中国新基建发展这样一个大背景下,XG实验是担负着什么样的使命?

张铭:好的,很高兴有机会来去聊一下XG实验室。那么大家都知道今年在中国新基建是热潮,无论是政府也好,还有企业也好,都在5G方面投入了非常大的资金和技术。那么作为阿里来说,首先阿里也是一家科技领先的公司,那么我们在新基建中一定也会扮演非常重要的角色。

在新基建热潮下面,对于5G来说,除了去大量建设5G的网络基础设施,这是一个非常重要的一个发展的基础。基建其实本身还是要去创造商业价值,就像修一条路,路修的再多,如果在这个上面没有那么多车通行,这个路可能修到一定程度,就没有办法再发展下去。其实5G网络非常类似于车辆的作用,它就是把信息非常便捷、快速地从任何一个地点传到另外一个地方去。我们建了这么多基站,建了这么大的带宽,让很多信息可以快速的传递,这些基础建设最后能够为消费者为企业为社会创造什么价值?这个问题还没有得到一个非常好的回答。而这一点对于阿里来说,是非常擅长的事情。阿里是一家非常贴近于终端用户,非常贴近于消费者的公司,最终我们相信5G的建设一定要让消费者、让企业用户能够感受到它带来的价值,这也是我们成立XG实验室一个非常重要的使命。去和其他的底层的包括运营商、设备商,一起去发掘创造5G时代新的应用,让这些新基建网络的价值能够最大发挥出来。就像 4G时代,其实在早年3G网络建的时候也存在同样的问题,大家觉得网速建这么快究竟有什么用?直到4G时代到来,随着微信、支付宝、淘宝、抖音、头条这些应用涌现出来之后,大家都觉得4G对生活改变是非常巨大的,就没有人再质疑4G网络的价值。相信5G时代也一样,要让新基建真正能发挥它的价值,我们必须要能够把5G时代的这些应用做起来,这是其一。

第二,技术的创新,它不仅仅是技术本身,最后一定是要通过另外一种方式,通过应用去拉动技术的创新。5G发展的初期,很多时候它的主导者是设备商和运营商,他们更多是从通信的角度,把5G的带宽做的更大,把延时做的更低,这是一个纯技术驱动的方式。

但是到了一定程度之后,网络本身提供的能力不仅仅是带宽或者迟延,还有很多其他的能力,包括虚拟化的能力,包括超低延时的能力,包括甚至是未来可确定性的能力,这些能力很多时候是跟应用强相关的。有很多条路径可以走,究竟应该把资源放在什么地方是最有效的,如果仅仅从底层,从通信的角度是看不清楚的。我们相信,阿里能够更贴近于消费者,更贴近于B端的用户,从他们的角度来看怎么样把5G网络做好,需要什么样的技术,这样能够真正的让我们的投资发挥最大的效益。所以从阿里的角度来说,一是我们把整个5G的应用生态做好,第二,能够通过应用来反推究竟什么样得底层技术是值得我们投入去做的。这两件事能够真正的第一把新基建的价值最大化,第二也能够让我们在新基建上的投入得到最好的产出。

主持人:我之前有看到过工信部部长苗圩,他说其实作为我们普通人来说,4G的日常应用已经足够了,5G主要是指工业互联网。您觉得5G它最大的意义在哪里?

张铭:其实我觉得4G跟5G如果大家仅仅从性能的角度来看,5G主要就是带宽更快了,比如下载速度会更快,还有迟延会更加低,但是这一点如果仅仅从消费者的角度来说,可能只是网速更快了一点。但是其实5G跟4G在整个设计理念上有非常大的差异, 4G更多是连接人,今天可以看到最主要的4G用户其实都是手机的用户,大家通过4G去上网、浏览、社交、玩游戏等。但5G的整个设计理念,不光是为了连接人与人。5G设计之初就认为人的连接只是最终连接很小的一部分,它最终是希望带来是物和物的连,最终物和物的连接数量会远远超过人与人的连接数量,大家可以想象今天地球上大概一共就几十亿人,最后如果我们把大量的感应器,包括各种各样的汽车、冰箱,还有无人机都变得可连接的时候,这时候的连接数量会远远超过4G的连接数量。所以5G不仅仅是性能做得更好,它是一个比较划时代的设想,未来世界是物与物的连接,比人与人的连接更加重要。

主持人:好,谢谢您,谢谢张老师。接下来要跟施老师来聊一聊,跟刚才我们聊的 XG实验室它刚刚成立,相比您创建的量子实验室已经有三年了,作为一名新三年醇同学有什么样的感受?

施尧耘:感受很多,我觉得一方面三年如一日过得非常快,阿里节奏很快,另外一方面三年也好似三十载,我个人收获很多。我这里就分享一下我个人成长里面最有收获的一点,如何来领导一个企业的基础研究项目。我以前当了十几年教授,当教授的时候,我非常喜欢学术界的学术自由和兴趣驱动,在量子实验室,一方面我需要营造一个像学校那样有浓厚学术气氛的环境,激发科学家们聪明的才智与兴趣爱好,要帮助年轻科学家成长。

但另外一方面和学校不同的是我也需要有战略的规划,要有互相适配的目标资源和执行的方案,需要做很困难的决定,做战略和战术层面的决断,需要平衡科学研究的不确定性和产出不确定性。对外还需要布局合作、布局人才的培养等等,这些都是学校里至少一般的教授不会接触到的课题。这三年我对这些问题有了一些深入体会,踩了很多坑。当然现在也在继续探索中。

主持人:我们都说量子计算是一项颠覆性的技术,您认为您所在的量子计算实验室它担负着什么样的历史使命呢?

施尧耘:谢谢,用历史使命这么大的词汇。我们自己希望能够发明量子计算里面的一部分的核心技术,所以我这里强调是核心技术,我们希望我们能够贡献一部分的核心技术。量子计算整体还处于早期,不像传统的半导体,量子计算还没有出现因为长期的积累或者是复杂的生态造成的很难逾越的障碍。

所以目前走在最前面的团队公布的结果,我个人觉得没有什么很大的秘密。我觉得如何做出来,当然不简单,肯定很困难,但是我们不觉得有什么秘密,有能力、有资源,有耐力的团队迟早都能够做到。所以我觉得当前做量子计算最有价值和最令人兴奋的不在于复制,而在于创新。量子计算有颠覆计算的潜能,我们希望在量子计算领域内部,能够有颠覆前人的认识和实践。

这个目标在执行的时候需要有取舍,需要有所为有所不为,需要做一些很不显然的选择。具体来说,我们在量子比特的设计,在量子芯片的制备工艺上,都在探索和目前主流不太一样的路线。总结来说,未来我们的量子计算机不一定是最好的,但是希望未来最好的量子计算机里面有我们开创的技术。

主持人:那我们今天来畅想一下,如果在20年,30年之后,量子计算的这项技术发展得非常成熟了,它会给这个世界带来最大的改变是什么?

施尧耘:这个问题非常好,我觉得改变会有这几个维度。首先要讲讲就是量子计算能够用做什么,量子计算的一个特点是它算得快,比经典计算算得快。这个快是一个本质的快。最本质的是它的快,在于计算步骤数量的大量减少。我自己喜欢做一个比喻,这是我原创的一个比喻。我们都知道龟兔赛跑,我把它稍微改一下,改成袋鼠和乌龟赛跑。

袋鼠用跳的方式前行。袋鼠跳一下,乌龟可能要爬上几十步甚至上百步。所以乌龟和袋鼠赛跑,从起点到终点,袋鼠可能十几跳就完成了,但乌龟可能要成千上万个步骤,所以量子计算比经典计算的快在于它的步骤,就像袋鼠一样跳几步就完成了,经典计算可能要非常多的计算步骤。所以即使每一步的经典计算非常之快,甚至比量子计算的每一步都快,但是因为计算步骤的减少,最后还是量子计算的时间更少,甚至有些实际问题就只有量子计算可以完成,但是经典计算机是永远算不完的。

所以在一些问题非常难的问题上面,量子计算机可以算得更好,具体来说,有可能在模拟量子物理上面量子计算可以发挥更大的作用。那么模拟量子物理听起来好像很学术,但其实跟我们的生活很有关系。比如新材料的发现,或者新的药物分子的发现,这里面都需要模拟量子力学。这时候量子计算机可以做的不仅更好,甚至能够做经典计算机不能做的事情。另一方面,量子计算在组合优化、机器学习上面也许也能够有贡献。这是一个比较保守的说法,因为这些问题有可能是非常难的,不光是经典计算,甚至量子计算都没法很快的解决。量子计算机有个特点,这个特点是不同,它跟经典计算机不一样,不一样使得量子计算机做的解法没法用一个经典计算去有效的模拟,相当于有个新的工具。我们面临的大数据是金山银山有很大的价值,当你有个新工具,有可能在别人有的工具的范围之外发现新的价值,所以这个工具就有意义了,所以这是量子计算第二个特点就是它的不同。这会带来什么?也许在重要的问题上就会优化机器学习,会有带来进步。老百姓不一定能感受到,我觉得老百姓可能会通过使用,比如说未来阿里巴巴量子计算服务,这些客户的服务感受到或者是阿里巴巴本身利用量子计算给客户的服务,所以也许老百姓没有这些体验,但是整个社会的计算力量会有很大的进步。