百度段润耀：四大因素让量子计算的出现成为必然从“量子优越性”的热门话题，到今年的诺贝尔物理学奖颁给了量子信息科学领域。量子计算，一个技术名词，已经成为当前最受关注的技术问题之一。而一系列最新的技术进步也催生了一个新的问题：量子计算离我们的生活还有多远？事实上，数据显示，到2031年左右，将有近8000亿的市场规模与量子计算直接相关。这意味着该领域即将迎来盛大的落地之旅。那么我们如何迈出第一步，如何构建真正的量子计算机呢？段润耀，百度量子计算研究所所长，师从应铭生教授，悉尼科技大学终身教授，量子软件与信息中心创始主任，澳大利亚亚洲研究理事会未来院士。2001年至今，一直从事量子计算和量子信息技术领域，并有原创性贡献；他所在的百度率先提供了量子计算从底层硬件到上层应用的一整套工业解决方案。因此，在MEET2023智能未来大会上，段润耀以百度为例分享了一些经验和看法。他说：最近几年是真正开始量子与计算结合的非常关键的几年。量子计算的出现有很多方面。必然性。如果要延续摩尔定律和廉价算力的优势，就需要考虑一种新的计算模型，这就是量子计算。而要建造一台真正的量子计算机，他的结论很简单：它是一个聪明的大脑，再加上足够的资源和最好的现有技术，才能与之相匹配。为充分体现段润耀对量子计算从硬件到软件和应用的产业化解决方案的思考，量子比特在不改变初衷的情况下对演讲内容进行了编辑。关于MEET智能未来大会：MEET大会是由量子位主办的智能科技领域顶级商业峰会，致力于探讨前沿技术的落地与行业应用。今年，数十家主流媒体和直播平台对MEET2023大会进行了报道和直播，吸引了超过300万行业用户在线参与，全网总曝光量超过2000万。演讲要点要延续摩尔定律和廉价计算能力的优势，我们需要考虑一种新的计算模型，即量子计算。我们已经处于一个非常关键的时刻，量子计算的优势开始超越经典计算。突破了这一点，以后就会有很多的可能。到2031年左右，将有近8000亿的市场规模与量子计算直接相关；近70%的企业都希望在这方面有所布局。量子计算与人工智能是一种相互促进、相互纠缠的关系。从上面的应用程序，中间的整个平台框架，到下面的硬件层面，都可以有联系。量子计算的总体投入很多，但对具体算法和软件的投入有限。这方面需要加强，已经到了关键阶段。如何真正建造一台量子计算机？我的结论其实很简单，就是脑袋聪明，再加上充足的资源和最好的技术。（以下为段润耀主任分享的演讲全文）为什么量子计算的出现是必然的？今天看到这个图标（会议图标），让我想起了量子信息中的量子纠缠。其实可以说，我们今天讨论的量子计算本身就是计算和量子信息的纠缠。一方面，计算已经涵盖了我们社会的方方面面，从古代的算绳结，到算盘和计算尺，再到今天的电脑、超级计算机等等。另一方面，量子其实是我们对世界的新认识.我们知道，原始时代对世界的认识还很肤浅，牛顿力学和麦克斯韦的电磁学理论也是后来才开始出现的。上个世纪，我们终于能够发现，这个世界其实是遵循量子力学定律的。自从20年代量子力学诞生以来，它实际上已经对我们的世界产生了翻天覆地的影响。这就是所谓的第一次量子革命。包括我们今天所熟悉的激光、晶体管、核磁共振、原子能等，都是直接利用量子力学，尤其是今天使用的互联网。这第一次量子革命基本上改变了我们整个社会的方方面面。而现在，我们的时代其实已经进入了第二次量子革命，或者说新量子革命的阶段。现阶段，我们不再满足于对一块材料作为一个整体进行量子力学预测，我们希望能够直接操纵一个特定的系统，并利用这样的系统进行处理。在这个过程中，量子纠缠等一些量子特性真正发挥了作用。这几年应该是量子与计算结合的非常关键的几年，尤其是谷歌研发的著名量子计算机“法国梧桐”，以及中科大制造的“祖冲之”。这些都证明，当量子和计算结合在一起的时候，当他们在一起的时候，真的可以在某些问题上发挥超能力。量子与计算真正结合后，会出现新的学科。我们也相信这个东西会给我们带来一个全新的世界，因为它可以带来算力的指数级增长。说了这么多，大家可能会有一个大概的印象，就是量子与计算的结合很重要，但是重要的方法是什么呢？事实上，量子计算的出现是必不可少的。一方面，当我们的芯片尺寸达到一定程度，比如1纳米，那么我们就进入了量子力学的尺度。在这个规模下，我们需要考虑使用量子力学来设计芯片，而不是仅仅依靠传统方式。所以这个时候，我们自然是需要的。如果要延续摩尔定律和廉价算力的优势，就需要考虑一种新的计算模型，这就是量子计算。当然，这也与能耗有关。因为大家都知道计算消耗的能量很大，但是如果采用量子计算，是一种可逆的计算方式，最终消耗的能量可以非常小。另一方面，我们的数据量已经非常大了，就像刚才的报道中提到的，各种大模型需要大量的计算。事实上，当我们要模拟一个量子系统时，即使是一个很小的系统，比如300个量子比特（量子比特是经典比特的量子对应物），表达这样一个系统的状态所需的存储量已经超过了在我们整个宇宙中可见的原子。此外，量子还有很多积极的作用。例如，有很多算法我们可以从理论上证明它的优势，尤其是在一些特定问题上的指数优势。此外，我们每天都使用互联网进行各种交易，或者传递各种信息。在这个过程中，信息的安全性非常重要。但非常不幸的是，量子计算机实际上可以攻破金融RSA系统。比如我们做1000位数字的质数分解，用传统的计算机可能需要很长时间，比宇宙的长度还长。但如果真能造出一台中等规模的量子计算机，解决这个问题恐怕只需要几秒钟，甚至几秒钟的时间。到2031年，量子计算市场规模将达到8000亿。事实上，我们今天已经到了一个非常关键的节点，即量子计算的优势开始超越经典计算。突破了这一点，以后就会有很多的可能。也正是因为有这种可能性，量子技术一直被当前业界所看重。大家可以看到，在“十四五”规划和2035年的远景目标中，量子信息、集成电路、人工智能被特别作为优先发展的三驾马车之一。欧美等主要国外国家也在这方面投入巨资。业内人士都意识到，这很可能会带来一场新的信息革命。国内外大公司都已经在这方面做了布局，包括百度也在2018年开始真正进入这个领域。此外，还有很多优秀的创业公司也在做一些研究。这里有两个数据。结合各种数据，我们发现，到2031年，将有近8000亿的市场规模与量子计算直接相关；近70%的企业都想在这方面有所规划。所以这是一件非常令人兴奋的事情。那么它具体可以用来做什么呢？我们知道整个量子计算会从硬件变成软件和算法，所以基本上可以说很多重要的领域都和它有关。特别是我这里简单列举的方向，比如化学医药，特别是药物研发问题；或者金融科技方面的一些优化问题；或者包括新能源电池中的化学模拟问题，以及信息安全……这些方方面面都可以和量子计算密切相关。此外，实际上，量子计算与人工智能也是一种相互促进、纠缠的关系。不仅是上面的应用，中间的整个平台框架，底层的硬件层面都可以互相连接。这就是量子对。我们人工智能的影响。另一方面，量子也可以受益于我们现有的一些非常先进的人工智能技术，特别是深度学习可以帮助我们研究量子系统的很多性质，包括量子算法和量子协议。比如在2020年，百度就已经搭建了一个名为QuantumPaddle的量子机器学习平台。量子计算的产业化需要解决三个问题我们现在有那么多的机会可以依靠，我们也知道量子很快就会进入我们的现实生活，但是在座的或者网上有多少人真正使用过量子计算机呢？我相信人数还是很有限的。很多时候我们可能只是从新闻或者报纸上看到一些相关的报道，但是如果我们真的想做产业化，我们需要把量子计算机从实验室带到我们的现实生活中。但是实验室的问题是什么？平台单一、不稳定……问题多多，导致量子算力难以输出。我们在工业化道路上需要解决什么问题？需要解决从硬件到软件和应用的一系列问题。比如在硬件方面，我们要解决稳定性的问题，就是你这个东西能不能持续的输出量子算力。如果今天开机，明天又会挂掉。其次，你还需要提供一个平台，一个硬件平台。另外你要保证这个芯片能有一个自动化的设计方法，能不断的给你提供新一代，这个很重要。在软件层面，一个特别重要的一点就是我们能否有一个好的软件平台，让我们的程序员从经典编程走向量子编程。此外，还包括如何制作软件界面，如何进行纠错等等。在应用层面，需要一个好的算法库，真正有优势的场景。总之，产业化场景对科研、技术、工程等方面提出了多维度的挑战。百度提出QIAN战略。Q代表量子算法、量子人工智能和量子架构。我是软件和硬件的基础设施。此外，还需要真正识别出一些具有巨大应用价值的场景。A是一些重要的实际应用。最后，当然还有网络。N指的是量子互联网。此外，我们还需要建立生态网络。其中，可以看到对“乾坤”的三种解读：一方面，它顺应了科技发展的大趋势，也就是“乾坤”的“燥”；最后一个方面是“钱”的“钱”，才能真正用好量子生态资源。经过4年多的发展，整个百度量子已经从上面的应用到底层硬件进行了全面的整合。不仅有软件，还有硬件，还有简单易用的教程、量子操作系统平台、工具集等等。也就是在这样一个平台的引导下，我们最终下定决心要把这整套东西打通，所以我们希望真正做到软件、硬件、应用一体化，让大家看到，真正实现一体化的软件和硬件。真正把量子算力输入到每个用户手中。我们在今年8月份的首届量子开发者大会上推出了一款高度集成的工业级量子计算机“千石”。为什么叫工业级量子计算机？其实就是因为它可以提供持续稳定的服务。虽然目前的芯片能力还比较有限，但我们已经能够为用户提供持续稳定的服务。其实，只要大家对量子信息有一点兴趣，可以在手机上下载逸夫APP，就可以快速学习一些最基础的量子知识。我们提供了5个有趣的应用，从量子叠加到量子纠缠，再到量子搜索，还有量子神经网络等一系列东西供大家使用。我们相信，通过这样的努力，量子计算将触手可及。好吧，像百度这样的公司已经开始做量子产业化的努力，但是更多的公司可能也希望真正把量子事物引入到自己的业务服务中。我们应该做什么？或者说，如何帮助其他行业实现产业量化？刚才我提到了数据，近70%的企业都有这个需求。这个时候大家就会发现有一个很大的差距需要弥合。今年8月，我们发布了全球首个量子软硬件一体化解决方案梁溪，可以轻松实现企业对量子的部署。这个平台现在有很大的优势。首先，它是一个全平台，无论手机、PC，各种硬件都可以适配。其次，它实际上拥有一套完整的软硬件技术。另一方面，也能真正为企业提供落地服务，如私有化、定制化的云服务，帮助企业整体部署，一站式升级。具体来说，分为三个步骤。首先这个公司可以来和我们一起讨论，量子计算对你的行业和你的公司会有什么样的影响，你可以制定一个策略；第二，它已经确定是一个趋势，所以我们会考虑真正找出企业中的一些核心问题，用我们的量子方法为你制定解决方案；第三步，具体落实。我们希望通过我们开发的百度量子平台等技术，包括千石实际的量子产品，最终能够输出一个像权喜这样的解决方案，可以帮助到我们各行各业。“聪明的头脑+充足的资源+最好的现有技术=一台量子计算机”在这篇报告的最后，我想顺便做一个展望。其实20多年来我一直在思考一个问题：怎样才能真正造出一台量子计算机？我的结论其实很简单，就是有一个聪明的大脑，加上足够的资源和最好的现有技术，就可以配上一台量子计算机。从这个意义上说，世界上有很多不同的组合可以做出这样的机器，这个过程可以等价。今天的量子计算机有什么问题？首先，人才稀缺。如果你学习量子计算，市场上有很多机会等着你。二是资金。量子计算整体投入很多，但具体算法和软件投入有限，这方面有待加强。其实很多资本都可以考虑量子计算，因为过去可能有点早，现在已经到了关键阶段。另外，我们其实希望通过我们的百度量子平台，建立一个开放的、可持续的量子计算生态系统。通过这种方式，我们不仅为我们的开发者和我们的用户提供服务，我们也希望与学术界、我们的资深专家（包括我们的顾问ArturEkert）和量子专家建立合作关系。另外，我们还需要和硬件团队合作，因为我们主要是面向软件的。虽然我们也有自己的硬件，但是我们希望能和硬件团队有更深入的合作，把量子芯片做的更好。当然，还有一个方面，高校的合作永远是我们创新的源泉。再次感谢大家的聆听，谢谢！
