范桁：如果你拥有一台量子计算机
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大家好那我今天的这个题目就是如果你拥有一台量子计算机那么大家现在看到的一个图是一个非常有趣的图这个图显示有一个人在滑雪但是他滑雪的这个轨迹是非常奇怪的我们不知道他到底是从树的左边还是从树的右边过去的

我们简直就好像觉得它是从树的两边过去的那这种现象在我们平常的生活里边很显然是不能出现的但是在量子的世界里边呢这种现象是非常常见的这种就叫量子

量子的叠加 量子的纠缠 量子的相干性等等所以量子它有一些非常奇妙的性质我们经常也说要不自量力就是你不要自学量子力学因为什么呢它有一些现象不和我们自己的平常生活的经验是不相符

既然量子是这么奇妙我们是不是可以做点什么事情呢确实是可以的那我们现在计算机用的是非常的方便我们的计算机做的是什么呢我们计算机最小的信息的载体就是所谓的比特

比特那就是零和一了但如果我们有一个量子态的话如果加上我们其余的性质它会变成一些什么样的一些状态呢那我们比方说这个经典的信息就是零和一那它对应于什么呢对应于地球的南极和北极

但是我们的地球的整个球面都是可以作为所谓的对应的量子比特的这么一个信息载体那么我们就是需要南极和北极所以我们的量子比特很显然比我们的经典比特所包含的信息要更多

那么这样的话我们就期望来做一个量子的计算机那么量子计算机它是一个什么东西呢大家也不用想得那么太复杂量子计算机就是我们的一个计算机只不过呢它最底层的这个原理呢是利用的是量子的原理但最终它也是为了解决问题为我们人类服务量子计算机有些非常好的一些特点那比方说我们四个比特那总共有 16 种状

这个在经典计算机里边呢那我们就是 16 种状态全部都给它列起来但是我们每一次呢只能有一种状态那么这是经典计算机那么量子计算机是什么样子的量子计算机是这种总共 16 种状态我们同时就有这种 16 种状态

那么只不过它是有不同的这种几率所以这样的话我们量子计算机基本上可以来说是一个成指数增长的非常复杂的一个机器它的威力呢是成指数增长简单的说我增加一个量子比特就相当于是说把我们的这个算力增加一倍那这样的话它的发展是非常好的

那么量子计算机是不是可以解决一些什么样的问题呢量子计算机确实可以解决非常好的这个问题而且这个量子计算机它的好的这个性质在于什么地方呢它在于具有这个天然的并行的能力天然的并行的能力指的是什么呢啊

那比方说我们要走一条路啊走一条途径啊我们经典计算机一般怎么做呢我们就是要把各种各样的这种情况都要试一下都要计算一遍然后来看我们的正确答案到底是什么样子的但是量子计算机呢就是利用量子的叠加性啊量子的相干性量子的纠缠这些性质它会把这些不同的这些状态呢全部就给它试一遍啊

也就是说是我一次可以算非常多的这种状态然后在这种非常多的这种状态里边我就会发现我的正确的答案所以量子计算机就具有天生的并行的这种能力

另外一个呢我们量计算机到底有什么用处啊或者说是它既然有奇异的性质它能做什么呢实际上这个问题物理学家早都想到了一个叫菲曼的著名的物理学家他是美国的物理学家他就想到了他说我们的这个世界是量子的

我们的世界因为是由于原子 电子这些构成的那么微观的世界它是遵循量子力学的原理但他说经典世界所用到的这些技术来研究量子的系统那很显然这个方法是不太对如果我有一个量子的计算机那我来研究量子的世界那很显然我们就是会

容易很多我们可以计算一些非常复杂的问题所以飞曼提出我们需要一台量子的计算机那么 1981 年他就提出了量子计算机的概念这个是非常早的量子计算机的概念提出者之一

那么我们刚才说了量子计算机来解决量子的问题很显然是非常好的但是我们平常生活中我们没有那么多的量子问题来解决那是不是量子计算机就没有用处了它能不能解决我们平常生活中的问题呢有

1994 年的时候 Peter Shaw 就提出了这一个量子计算机我可以解决某个特定的问题这个特定的问题是什么呢和我们平常生活中都是密切相关的因为我们平常生活中现在银行所用的保密的体系加密的体系

它叫 RAC 的密码系统现在我们的互联网也是经常会用到的但是呢它的这个密码体系的它的安全性在于什么呢在于两个质数比方说乘起来我只见到它最后的乘积但是我们不知道它到底是哪两个质数乘起来的举个简单的例子比方说 11 乘以 13 啊

就等于 143 但是它只给你 143 然后告诉你说你来找到这两个质数到底是谁呢我们一般来说怎么做呢那就一个一个来试一个一个来试直到找到这个 11 这个数字但如果作为一个密码系统上来说呢大家都考虑到了实际上它说如果你真的是一个一个要算的话那么需要几百年需要几百年那这样的话我的密码体系就是安全的

但是 Peter Shaw 呢他提出了一个非常有意思的量子算法他说这个问题用经典的计算机可能几百年但是我用一个量子计算机我一分钟就把你的密码破解了所以 Peter Shaw 提出了他的这个概念之后他的很多朋友都给他打电话都问他他说哎

我这个银行的钱到底还安全不安全 Peter 就告诉他他说我这个破解密码我有个大前提就是我要有一台量子计算机但是我们现在还没有一台量子计算机如果真的有的话那我们现在的这个密码系统那就可以被简单地破解所以我们量子计算机它可以破解密码

它可以做一些其他的事情它可以做一些我们过去想起来就是非常复杂的事情但是在量子计算机来说呢它可能是非常简单的事情所以这样的话我们就需要去建造量子计算机

怎么来造一个量子计算机呢但是我们经典计算机怎么造成呢开始的时候比方说也是电子管进去一看好复杂的一个计算机但是现在就用得非常好啊晶体管量子计算机现在也是这样我们也不知道怎么来造这个量子的计算机所以大家提出了很多的这种方案包括就是说超导量子计算机实际上就是说让一个

芯片它是处于超导态然后用它的量子态的操控来做计算还有光量子计算机用激光一个光量子做一个量子计算机或者离子井囚禁离子中性原子等等这些都是作为一个量子计算机的这种候选的这种途径但是到底我们量子计算机

是哪一种技术路线最后能胜出呢大家还在试现在我们也还难说清楚那么我们物理所呢在这方面呢它是始终坚持的是超导量子计算机超导量子计算机呢实际上是我们要用一个非常低的这个低温这个温度低到什么程度呢低到比我们的这个绝对零度只高 1%度所以它是 10 毫 K 因为物理所在这方面有非常好的这个基础

那么 2004 年呢我们就成立了这个固态量子信息与计算实验室我现在就是这个实验室的主任我们超导量计算机呢实际上有发展了非常长的一个阶段那么是由于这个我们物理所在这个超导量计算方面的一些非常好的基点吧它培养了很多很多的人才那么现在全国各地的有好几个超导量计算机

超导量子计算的这些团队的负责人实际上都是从物理所培养出来的那我们警察也说这个物理所是我们国家超导量子计算的黄埔军校了那我们在 2011 年 2012 年的时候就制造出了一个比特的量子计算机也制造出了它的测控系统但很显然这个是不足够的所以我们需要呢我们需要把这个量子比特数给它增长

那么后来在 2019 年的时候我们就做出了 20 比特的这个量子芯片这个量子芯片是什么呢这个量子芯片就是支架盖一样的这个和芯片只不过它具有量子的效应当然它需要在极低温下工作然后呢我们用这个量子的芯片然后也做出了一个量子芯片

世界非常好的成果当时也是刷新了量子纠缠的世界记录然后我们就做出了血定二的猫胎它具有特别奇异的奇特的性质

那么我们有了一台量子计算机之后从一个比特涨到 20 比特我们觉得还是不太够因为很多人他都来说他说我也想用你的量子计算机但是你只有一台你能不能说用互联网给它上云让大家所有的人都来用所以我们也就考虑到量子计算机将来的应用最后还是要把它放在云端放在互联网上

然后让所有的人大家都可以来用量子计算的云平台所以这个就是我们建造量子计算云平台的这么一个基础或者说这么一个想法就是要把一台计算机要联网让大家都用起来

那么我们在建造量计算云平台的过程里边过程也是非常辛苦的我们其中有一张照片也是在五一节的时候大家都还在工作我们开始的时候也是实验室一无所有最终我们也建成了世界先进的量计算机最后让它放在量计算的

我们把量子计算机的云称为什么呢称为跨富跨富是什么呢 Quantum Future 就是量子未来跨富又对应于我们一个神话里边的人物神话跨富追日所以这个有两层的含义所以我们现在有跨富量子计算云平台

它的结构也很简单最底层是我们的芯片我们有建造一个计算机一样我们有主板有电子设备最后我们有操作系统但是有操作系统还不足够因为我们也还是希望所有的人都来用一下所以我们又建立了所谓科会端那比方说我们的手机

或者说是用电脑上网但是这些也不足够因为我们的计算机比方说我们还是要用搜索用购物用体育所以我们上面还有生态系统所以我们量子计算的生态系统跨幅

量子计算云平台比方说我们做科研最后做一些基础研究做一些天气预报 生物质量但是这些我们都是在测试不是说真的把它用起来而是说是什么呢大家先看能不能用

如果能用那我就继续用如果不成我再测试别的不能说是都用起来了一哄二上去用结果一哄二上去用的时候我们就没有先机了所以我们这个也是基于长远发展这样的一个考虑来建设跨富的云平台那么跨富的云平台它结构怎么做呢就像我刚才说的全世界的科技家或者说是年轻人或者说是高科技公司

它都是这些电脑然后上网然后到我们的跨富云平台提交他们的

量子计算的任务然后量子计算的任务完了之后我们把它送到量子芯片上然后做完之后我们返回结果当然了我们现在的量子计算云平台实际上它是只能做一些非常简单的计算尽管我们是世界领先的技术现在我们的规模也是非常大的我们现在有

13 个量子芯片在线上可以供大家使用这个规模应该来说是在世界上处于第一集团实际上是世界第二当然我们也还是希望要把它做得更好

那么这个云平台怎么做呢实际上背后还有一些非常多的工作这些工作也和我们的计算机都是一样的比方说我要提交了一个任务最终它要进行编译编译完了之后进行优化最终它要进行实验也就是要进行计算计算完了之后返回结果那么这样的话它就构成了一个量子计算运行某种任务的一个闭环来把它用起来

我这地方有个视频,那比方说我要做一个量子计算的任务,它就可以做,我们可以看到,要用量子的逻辑门,我们经典计算机要运行,我要用三种不同的逻辑门,就是或与非逻辑门,所有的计算都可以进行,但量子计算机也是一样的,我们也要用到量子的逻辑门,

然后这些量子的逻辑门我们构成之后我让它运行这个速度是非常快的一秒钟它就可以给出结果最终算完了我们给出了这个结果当然大家看到了这个也还是只能是对专业的用户大家才能知道它到底是算的是什么东西我们现在的云平台运行还是非常好的我们大概有 3500 多个以上的注册用户

然后量子计算的云平台提供的量子计算的服务在云平台上已经超过 200 万次的量子计算任务已经完成了这个任务都是全世界的科学家总共有 30 多个国家的使用者都来使用这个数字我们是非常领先的是非常好的一个数字

然后呢我们基于我们这个云平台呢也发表了很多的这个高水平的科研论文应该来说呢就是说是起到了我们刚开始要把它先用起来这样的一个

这样一个基础那我们的云平台呢我们建设成功之后我们在 2003 年的 5 月份呢作为十大重大的这个创新成果在中关村论坛进行发布发布了之后然后我们一直也还在上面工作那比方说我们又上到了这个曙光的计算系统也就是说我们期望吸引大家更多的人来用然后我们也写了一些这个小的这个软件那比方说量子金融那我们比方说

利用这个组合优化的问题看看能不能我们把这个金融方面的一些问题能解决等等我们这个大家还是非常认真的在做争取呢要把这个云平台做成一个有用的那么今年呢在 2004 年的 4 月份中国村论坛就是我们又这个

把这个更新版的量子计算云平台进行了发布也是作为重大成果发布我们这个创新成果呢叫跨副量子云算力集群那这样的话就做出了就是在我们这个量子计算算力系统方面我们做出了非常好的这个工作那么大家会期望就是说你这个说来说去好像是自娱自乐啊

我们现在反正还没用上那我们将来会怎么用呢我们将来期望实际上是这样那比方说我们的量子计算机并不是说我要取代现有的计算机而是作为现有计算机的一种补充一种升级我们最终呢量子计算机提供的这个服务

它和经典的这个算力全部都融合在一起然后提供了一个量子的算力给我们那比方说我们现在的人工智能那我们现在的这个超算它可能就不足够它需要一些其他的这个 GPU 的一些帮助它才能把这个大模型算好那将来我们的这个量子算力呢它可能不单是这个

CPU GPU TPU 我们需要的是什么量子的处理器量子的处理器所以我们将来呢这个量子的算力就是和现有的算力全部结合起来变成一个先进的这个算力那么最后呢我就做个广告假如你有一台量子计算机那我现在就告诉大家我们现在的跨副量子云算力集群

大家都可以用免费的 IBM 一分钟 100 美金一分钟 1000 多块钱那我们这个免费大家就可以来用它然后底下就是这个量子运算力集群的这个网址大家都可以上去然后建造自己的量子计算机那我们期望呢这个量子计算机的发展

对为我们国家在量子算力的建设里边贡献自己的力量做出非常好的贡献那我的报告就到这里谢谢大家