文章目录[+]
21世纪经济报道记者孔海丽 北京报道
又一项革命性技术进展将为AI提供神奇助力。
北京时间12月10日，谷歌宣布研发出新的量子芯片Willow（威洛）。这款计算能力超强的芯片，实现了量子计算领域30年来的关键性突破，5分钟即可完成当今计算机要10尧（10的25次方）年才能完成的任务。研究成果发表在12月9日出版的《nature》杂志上。
消息传出后，量子信息行业一片欢呼，AI圈也大受震撼。
两大关键突破
Willow的重大突破表现在两个方面：一是性能也就是计算能力的大幅飞升。
5分钟计算量相当于目前运行速度最快的计算机10尧（10的25次方）年才能完成的任务。10²⁵年远高于宇宙的年龄（约130亿年）。5分钟与10²⁵年，这个对比，可见其计算速度的跃升非常之恐怖。
二是强大的量子纠错能力。
我们日常所用的普通计算机基于经典物理学，采用二进制系统，以比特作为信息存储和处理的基本单位，每个比特只能表示0或1两种状态。而量子计算机则遵循量子力学规律，使用量子比特作为基本信息存储和处理单位。量子比特以0和1的叠加态存在，可极大提高计算效率。但问题是，芯片所含的量子比特越多，出错的概率越大。
1995年美国麻省理工应用数学系教授Peter Shor引入了量子纠错的概念。30年来，科学家们一直在研究量子纠错，但没有取得本质突破。
Willow在量子纠错领域实现的重大进展是，基于可扩展的方形网格，逻辑量子比特数量（目前是105个量子比特）增加，错误率却迅速下降。其从3x3编码量子位扩展到5x5的网格，再扩展到7x7的网格，每次扩展，错误率减半。而且Willow可实时纠错，这使其在短时间内扩展到更高位阶的量子比特（比如1050个）成为可能。
以上两项重大突破，相比性能提升，纠错能力更受科学家关注。
量子计算加入，AI如虎添翼
量子芯片是量子计算机的核心。Willow的研发团队是哈特穆特·内文（Hartmut Neven）领导的谷歌量子AI实验室。哈特穆特表示，Willow是向大规模、自纠错量子计算机迈出的一大步，它的纠错能力和超越经典的计算能力使我们更接近一个可提供商业应用的系统，从帮助发现新药，到设计更高效的电动汽车电池，再到加速核聚变和新能源替代的进展。
正如谷歌量子AI实验室这个名称所喻指的，量子计算+人工智能，将是人类朝着通用人工智能发展的一条可行路径。哈特穆特提到的核聚变研究，其涉及的计算量极为庞大复杂，是传统计算机无法胜任的，但量子计算完全可以。
再比如，最近大模型训练遇到的Scaling Law（规模定律）面临失效的担忧，就是因为巨大的资金投入和参数增长，却不能取得相应的成效，使得像OpenAI这样的AI巨头也可能陷入开发瓶颈。但Willow的出现表明，未来量子计算承担任何参数的大模型训练都只是小case。
这也是马斯克和OpenAI CEO山姆·奥特曼等人对Willow点赞的原因。如果大规模、自纠错量子芯片加入到人工智能队伍，就大大增强了AGI如期到来的确定性。马斯克今年10月底在参加“未来投资倡议”大会的人工智能讨论环节时表示，AI能够实现所有人类综合能力（也就是AGI）的时间大概是2028到2029年左右。而奥特曼今年9月底也在一篇个人文章里称，超级人工智能可能会在未来“几千天”内诞生。
哈特穆特在解释为何将其2012年创立的实验室命名为“（谷歌）量子人工智能”时说，人工智能和量子计算将被证明是我们这个时代最具变革性的技术，但先进的人工智能将从量子计算中受益匪浅。
不过，部分科学家对谷歌最新量子芯片的性能定义还存在争议。英国萨里大学计算机专家艾伦·伍德沃德说，Willow的出现“鼓舞了所有努力制造实用量子计算机的人”，但谷歌使用的是专门为量子计算机量身定做的性能测试工具来研发这一芯片，因此，将其计算性能与传统计算机相比是不准确的，“就好像你没法把苹果和橘子放在一起对比”。
之江实验室主任、阿里云创始人王坚院士12月13日也表示，Willow是用一个非常专用的装置，完成了一个非常特殊的任务，它是一个无比快的算盘，还是一个真正超越今天（传统计算机的）计算装置的计算，需要重新思考，但这个问题今天我们还没有答案。
量子计算时代还有多久到来？
AI与量子计算的相互助力，将加快量子芯片和量子计算机的规模化商用进程，但专家初步预测，那也需要5-10年。哈特穆特承认，实际应用于商业场景的量子计算机在2030年之前可能不会出现。
Willow的规模化商用，尤其是民用，恐怕还需要较长的一段时间。科学家在1946年发明了世界上第一台通用计算机，但过了二三十年，个人计算机才得以规模化商用。
2019年10月，前述谷歌量子AI团队将其“量子霸权（Quantum Supremacy）”的研究成果发表于《nature》杂志，宣布开发出了一款54个量子比特数的量子芯片。其时，谷歌 CEO桑达尔·皮查伊将其与莱特兄弟发明飞机时的首次12秒成功试飞相比。但飞机的大规模商用也是在二三十年后。
去年11月，英伟达CEO黄仁勋在接受《哈佛商业评论》英文版总编殷阿笛（Adi Ignatius）采访时说，量子计算机可能还要再过十年、甚至二十年才能真正实现工业化。2024年6月26日，黄仁勋在英伟达年度股东大会上再次表示，实用的量子计算还需要几十年的时间才能实现。到那时，算法将是加速计算和量子方法的结合。不过，黄仁勋发表上述看法时，具有行业突进意义的谷歌Willow尚未问世。
值得强调的是，我国在量子计算研究领域也站在了世界前沿。
近日，在2024数字科技生态大会上，中电信量子信息科技集团正式发布了超导量子计算机 “天衍 504”，它是由一台24比特、两台176比特和一台504比特量子计算机组成的国内最大的量子计算集群，并提供了5类运算性能世界一流的高性能仿真机和Cqlib量子编程框架。自中国电信2023年11月发布“天衍”量子计算云平台并提供对外服务以来，已有来自全球50多个国家、超1200万访问量，实验任务数超过60万个。此外，中国科技大学副校长潘建伟院士在量子计算、量子通讯和量子加密领域的研究成果，早就属于国际领先水平。
2024年1月，工信部等七部门发布的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，将量子信息纳入到未来产业规划中。量子信息技术包括量子通信、量子计算和量子加密测量等三个主要方面。
10月29日，潘建伟在2024量子科技和产业大会开幕式上表示，知名企业如谷歌和IBM，部分国家如英国和法国，提出了在2035年前后实现100万个量子比特相干操纵的目标，“我国正在编制的国家量子科技相关规划中，也提出了同样的目标。”潘建伟透露。据了解，百万级量子比特相干操纵是实现量子信息技术的重要途径。
未来10到15年，有望在量子纠错的基础上，实现具备基本功能的通用容错量子计算机，探索密码分析、大数据分析等应用。到那时候，方可称之为量子计算时代的到来。
那时，所有基于传统计算机基础上的加密算法体系，包括比特币，都需要重塑。这也是Willow发布当天比特币应声下跌的原因。当然，由于距离量子计算时代还有较长时间，应激过后的比特币又恢复了上涨。
