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阿里云施尧耘:量子计算前途辉煌而任重道远

10月11-14日,为期四天的2017杭州云栖大会(门票火热抢购中!)将再度在杭州云栖小镇起航,作为全球最具影响力的科技展会之一,本届大会将有不少阿里集团专家以及各企业行业领袖的精彩演讲,CSDN授权转载了云栖大会嘉宾的专访内容。今天报道的嘉宾是阿里云量子技术首席科学家施尧耘博士,他分享了关于量子计算领域的前沿趋势。

2015年7月,阿里巴巴与中科院联合成立了中科院—阿里巴巴量子计算实验室,正式进军量子信息科学领域。

把视野放向全球,你会发现量子计算早已成为了科技巨头的战场,原因很简单——它拥有爆表的计算能力,它将引领新的计算革命。如此强大的计算能力意味着什么?业界普遍认为,当下最炙手可热的人工智能、机器学习也将受益于量子计算。

然而,理想很丰满但现实很骨感,量子计算的研究存在诸多挑战,如何商业化更是学术界和工业界最棘手的问题。施尧耘表示,量子计算最大的挑战是如何规模化。目前没有一个技术可以把规模做得很大,又同时可以做到优质的量子存储和操作。但他也坦言,即便未来量子计算成功商业化,经典计算机也不会因此而淘汰。

施尧耘1997年本科毕业于北京大学计算机科学与技术系,随后在美国普林斯顿大学计算机系师从“图灵奖”得主姚期智院士研究量子信息科学,并于2001年获得博士学位。在加州理工学院量子信息研究所短暂的博士后研究后,他赴美国密西根大学电子与计算机系执教、研究,历任助理教授、副教授、正教授。施教授的研究涉及量子信息科学的多个方向,比如量子计算复杂度、量子系统的经典模拟、量子密码学等。他的研究成果包括多个相应方向中最具代表性的工作;比如在Device-Independent量子密码学中取得了被认为突破性的进展。2017年6月,施尧耘入职阿里巴巴集团,出任阿里云首席量子技术科学家,全面负责集团的量子技术研发工作。近日代表阿里巴巴出任浙江省之江实验室副主任。

施尧耘团队的职责是让量子计算落地。施尧耘透露,他们将和硬件合作伙伴深度合作,开发软件工具、量子算法,并探索新的应用。

在他看来,业界已经在量子计算未来的应用方向有主流的看法:一类是模拟量子系统,在材料科学、量子化学、药物发现等领域人们需要用大量的计算资源来模拟量子系统;第二类是用于帮助现在互联网公司都需要做的计算,比如机器学习的提速,基于量子硬件的机器学习算法,加速优化算法和提高优化效果等。

除此之外,施尧耘还认为,量子计算的诞生对密码系统也会产生巨大的影响,例如目前广泛使用的公钥密码系统会逐步被替换成量子计算机无法破解的系统,业界称之为“后量子密码学”。

以下是云栖社区对施尧耘博士的采访实录:

记者:您之前在学术界,转投工业界是出于什么考虑?对您来说二者最大的差异是什么?

施尧耘:从学术界到工业界的目的是对量子信息技术的落地贡献力量。

学术界和工业界的差异在量子这个话题是个很复杂的问题。对我个人而言,以前基本上只是研究,而现在除了研究,更重要的是规划、决策、组织、执行(当然学术界大型项目的负责人也需要做这些事。)

如果比较单个公司和单个学术单位,根本上的区别是在最终的目的。工业界一般来讲目标是致用、产品,而学界理论上更公开,且有很多专做基础性、先期探索性、开放和高风险性的。一个推论是,工业界的每个量子项目都需要结合本企业的实际情况进行整体的、战略性的思考和布局,寻找风险和回报的最佳结合点。而学术界每个基本单元更多的是单点的深入攻坚。

记者:量子计算描绘了一幅很美好的蓝图,但是现在工业界的巨头也只局限于实验室研究阶段,这一技术实现商用的挑战在哪?

施尧耘:有许多挑战,但首先是如何把规模做大。目前没有一个技术可以把规模做得很大,又同时可以做到优质的存储和操作。 另外,量子计算的落地是个巨型的系统工程,牵涉到众多方面的技术和能力。整个产业还不完整,人才稀缺。比如我要打造帮助设计量子硬件的传统软件。理想的工程师要是一流的软件工程师,有要对量子计算有足够的认识。这两个技能很难在同一个人身上兼具。现实只能是量子化软件工程师或软件化量子科学家。对学习能力是极大的考验。

记者:你们现在重点做哪方面的研究?

施尧耘:我们的长远目标是实现量子信息技术的潜力,提供基于量子信息技术的解决方案。这里关键是“实现”和“解决方案”。近期我们会和硬件合作伙伴深度合作,开发软件工具、量子算法、以及寻找终极的应用。我们的前途辉煌灿烂,但是任重道远。

记者:能否谈谈对量子计算在应用层面的理解?分享您在工作中获得的一些宝贵经验?

施尧耘:大的方向业界有主流意见。有两个类型的应用:一类是模拟量子系统,在材料科学、量子化学、药物发现等领域人们需要用大量的计算资源来模拟量子系统,量子计算机用来做这样的计算最自然最直接;第二类是用于帮助现在互联网公司都需要做的计算,比如机器学习的提速,基于量子硬件的机器学习算法,加速优化算法和提高优化效果等。

必须强调的是明确应用还需要许多工作;并且最终量子计算机的功效还要在真实机器上的实验来验证。我的经验是,不要想当然,而要持着大胆假设、小心求证的原则。

记者:您认为量子计算领域未来会有什么样的新变化?

施尧耘:硬件方面比较可能的是,多个企业和研究单位会把目前的技术路线靠卖苦力做到极致,不约而同地同时卡在某个瓶颈,等待一个突破性想法的来临。 在软件方面很多方都有类似的系统,性能也相差无几。但下一个突破会是在理论、想法方面。这也是为什们我对团队建设的目标,除了要求能做出所有人最终都可以做出来的,关键还要有绝对一流的人才。

记者:如果量子计算成为现实,那么又将是一场计算革命,届时哪些行业会率先被颠覆?

施尧耘:前面提到的两个方向的计算可能会有很大变革:牵涉到模拟量子系统的和加速、提升重要的计算(需要强调一下这里说的只是可能性)。说经典计算机在以后完全被淘汰有点太科幻,未来比较可以肯定的是两者并存,同一问题两条解决线索,二者各有优缺点。

另外之前没有提到的是对密码系统的影响:大型量子计算机出现后,目前广泛使用的公钥密码系统都不安全了。所以可以肯定的是这些系统会逐步被替换成我们不知道如何用量子计算机破解的系统。这就是所谓的“后量子密码学”。美国国家标准局现在正在收集候选协议。这个对公钥密码系统颠覆已经在进行中,即使大型量子计算机的出现还很遥远。

记者:在本次云栖大会上将会有量子计算专场,能否提前透露一些亮点,以及组织这一分论坛的初衷?

施尧耘:这次大会的分会场有我们组织的“阿里巴巴量子峰会”,由我们的合作伙伴和我们新加盟的同学演讲。主要是和大家分享这个领域的现状和愿景,一方面让大家有基于事实的期望,另一方面也希望鼓励吸引更多的人才加入。同时让我们的合作者们更加了解阿里巴巴,携手向前。

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