從火爆出圈的 " 量子優越性 " 話題，到今年諾貝爾物理學獎花落量子信息科學領域。
量子計算這個技術名詞，早已成為當下最受關注的科技議題之一。
而一系列最新技術進展，也催生出一個新的問題：
量子計算，究竟離我們的生活還有多遠？
事實上，有數據顯示，到 2031 年左右，有将近 8000 億的市場規模将會直接與量子計算相關。
這意味着這一領域即将迎來浩蕩的落地之旅。
那麼，我們如何邁出第一步，又該如何構建一台真正的量子計算機？
來自百度量子計算研究所的所長段潤堯，師從應明生教授，是悉尼科技大學終身教授和量子軟件與信息中心創辦主任、澳大利亞亞洲研究理事會 Future Fellow。
從 2001 年起他就開始從事量子計算和量子信息技術領域，并做出了原創性貢獻；他所在的百度，已率先給出了量子計算從底層硬件到上層應用的一整套産業化解決方案。
所以在MEET 2023 智能未來大會現場，段潤堯就以百度為例分享了一些經驗和看法，他表示：
最近幾年是量子真正開始和計算結合的非常關鍵的幾年，量子計算的出現有着多方面的必然性。
如果我們希望把摩爾定律的優勢和便宜的算力繼續延續下去，就需要考慮新的一種計算模式，就是量子計算。
而想要造出一台真正的量子計算機，他的結論很簡單：
就是聰明的腦袋，再加上足夠的資源和現有的最好的技術，匹配起來。
為了完整體現段潤堯在量子計算産業化從硬件到軟件以及應用方面解決方案的思考，量子位在不改變原意的基礎上，對他的演講内容進行了編輯整理。
關于 MEET 智能未來大會：MEET 大會是由量子位主辦的智能科技領域頂級商業峰會，緻力于探讨前沿科技技術的落地與行業應用。今年共有數十家主流媒體及直播平台報道直播了 MEET2023 大會，吸引了超過 300 萬行業用戶線上參會，全網總曝光量累積超過 2000 萬。
演講要點
要把摩爾定律優勢延續下去，把便宜的算力延續下去，就需要考慮新的一種計算模式，即量子計算。
我們已經處于一個非常關鍵的節點，即量子計算的優勢開始超越經典計算。如果突破這個點，後面将會帶來非常多的可能性。
到了 2031 年左右，将近有 8000 億的市場規模将會直接跟量子計算相關；将近 70% 的企業想在這方面做一些布局。
量子計算和人工智能更是一個相互促進、相互糾纏的關系，從上面的應用，中間的整個平台框架，到底下的硬件層面都可以産生聯系。
量子計算方面的整體投入很多，但是對具體的算法和軟件投入有限，這方面需要加強，并且已經到了關鍵的階段。
如何真正造出一台量子計算機？我的結論其實很簡單，就是聰明的腦袋，再加上有足夠的資源和現有的最好的技術。
（以下為段潤堯所長演講分享全文）
為什麼說量子計算的出現是必然的？
今天我看到這個圖标（大會圖标），就讓我想起量子信息裡面的量子糾纏。
事實上可以這麼講，我們今天讨論的量子計算本身就是計算和量子信息進行的糾纏。
一方面，從上古時代開始的結繩計數，到後面的算盤、計算尺，到今天的計算機、超級計算機等等，計算已覆蓋了我們社會的各個方面。
另一方面，量子其實是我們對這個世界的新認識。
我們知道，原始時代對這個世界隻有粗淺的經驗認識，到後面才開始有牛頓力學，有麥克斯韋的電磁理論，以及上個世紀我們終于能夠發現這個世界其實遵循量子力學規律。
量子力學從上個世紀 20 年代産生以後，其實就已經對我們這個世界産生了翻天覆地的影響，這就是所謂的第一次量子革命。
包括我們今天熟悉的激光、晶體管，還有核磁共振，以及原子能這樣一些東西，都是依據量子力學直接使用産生的，特别是今天使用的互聯網。
這第一次量子革命，基本上改變了我們整個社會的方方面面。
而現在，我們這個時代其實已經進入到了第二次量子革命，或者新量子革命的階段。
在這個階段，我們已經不再滿足于對一塊材料整體進行量子力學的預測，我們希望能夠直接操控到一個具體的系統，利用這樣一個系統進行處理。在這個過程中，像量子糾纏這樣一些量子特性真正産生了影響。
這幾年應該是量子真正開始和計算結合的非常關鍵的幾年，特别是大家知道的谷歌開發的量子計算機 " 懸鈴木 "，以及中科大做出來的 " 祖沖之号 "，這些都證明當量子和計算結合在一起的時候，在一些特定問題上可以真正展現超能力。
量子和計算真正結合以後，新的學科就出來了，我們也相信這個東西會為我們帶來全新的世界，原因是可以帶來算力的指數級提升。
講了這麼多大家可能有個大概印象，量子和計算的結合是非常重要的，但是到底怎麼個重要法呢？
實際上，量子計算的出現是必不可少的。
一方面，當我們的芯片尺寸小到一定程度的時候，比如 1 納米，這時候就進入了量子力學的尺度，在這個尺度裡面，我們需要去考慮用量子力學的方式設計芯片，而不能僅僅靠傳統的方式。
所以這個時候自然就要求我們，如果我們希望能夠把摩爾定律優勢延續下去，把便宜的算力延續下去，我們就需要考慮新的一種計算模式，就是量子計算。
當然了，這也跟能源消耗有關系。因為大家知道計算是非常消耗能量的，但是如果采用量子計算，其本身是可逆的計算模式，最終消耗能量是可以非常小的。
另一方面，我們的數據量已經非常大了，就如剛才那些報告裡面大家提到各種大模型，需要很大的計算量。
實際上當我們想去對一個量子系統進行模拟的時候，哪怕是一個很小的系統，比如像 300 個量子比特（量子比特就是經典比特的量子對應物），要表達這樣的系統狀态所需要的儲存量已經超過了我們整個宇宙可見的原子數目。
除此之外，量子還有很多正面效應，比如有很多算法我們可以從理論上證明它的優勢，特别是在一些特定問題上的指數優勢。
還有我們每天都在用互聯網，用網絡來進行各種各樣的交易，或者說各種各樣的信息傳遞，在這個過程中，信息的安全非常重要。
但是非常不幸，量子計算機其實是可以把财務 RSA 的系統攻破的。
現有的比如我們做 1000 位大數的質數分解，用傳統計算機可能需要花很長時間，比宇宙時間長度還大。但是如果真正能夠造出來一個中等規模的量子計算機，大概隻要花幾秒鐘，甚至幾秒都不用就可以解決這個問題。
到 2031 年，量子計算市場規模将達 8000 億
實際上我們今天已經處于一個非常關鍵的節點，即量子計算的優勢開始超越經典計算。如果突破這個點，後面将會帶來非常多的可能性。
也正是因為這樣的可能性，量子科技一直非常受當前行業重視。
大家可以看到，在 " 十四五 " 規劃和 2035 遠景目标裡面，特别把量子信息和集成電路、人工智能一起作為優先發展的三駕馬車之一。
國外歐美等主要國家對這方面的投入也非常之大。
在工業界大家已經意識到它很有可能帶來新的信息革命，國内外大企業都已經在這方面進行布局，包括百度也在 2018 年開始真正進入這個領域。
除此之外還有很多非常優秀的初創企業也在做一些研究。
這裡有兩個數據，在經過各種資料綜合以後，我們發現：
到了 2031 年左右，将近 8000 億的市場規模将會直接跟量子計算相關；将近 70% 的企業想在這方面做一些布局。
所以這是一個非常令人激動的事情。那麼具體可以用在哪些方面呢？
我們知道，整個量子計算是從硬件到軟件和算法這些方面都會産生變革，所以基本上可以講，很多重要的領域都和它相關的。
尤其是我這邊簡單列的幾個方向，比如化工醫藥，以藥物研發問題為甚；或者是金融科技裡面的一些優化問題；或者包括新能源電池裡面關于化學模拟問題，以及信息安全……這些方面都可以和量子計算産生密切的聯系。
除此之外，其實量子計算和人工智能也更是一個相互促進、相互糾纏的關系，不僅是上面的應用，中間的整個平台框架，底下的硬件層面都可以産生相互的聯系，這是量子對我們人工智能的影響。
另一方面，量子也可以受益于我們現有的一些非常先進的人工智能技術，特别是深度學習可以幫助我們對量子系統的很多性質做研究，包括量子算法，以及量子的協議等。
像百度在 2020 年的時候，就已經搭建了一個叫做量槳的量子機器學習平台。
量子計算的産業化需解決三方面難題
我們目前有這麼多的機會可以依靠，我們也知道量子即将走入我們的實際生活，但是在座的或者在線的同學，到底有幾位真正使用過量子計算機？
我相信人數還是非常有限的。
很多時候我們可能隻是從新聞、或者報紙上看到相關的一些報道，但是我們真正想做産業化的話，我們就需要把量子計算機從實驗室裡面帶到我們的實際生活之中。
但是在實驗室裡面的問題是什麼呢？平台單一、不穩定……有很多的問題，導緻量子算力很難輸出。
我們産業化道路需要解決什麼呢？需要解決從硬件到軟件以及應用一系列的問題。
比如說在硬件方面，我們需要解決穩定性的問題，就是你這個東西能不能持續地輸出量子的算力，今天開了，明天又挂了，這個不行。
第二個，你還要提供一個平台，硬件的一個平台。除此之外，你還要确保這個芯片是能夠有一個自動化的設計方法能夠不斷地為你提供新的換代，這個很重要。
在軟件層面，特别重要的一點就是我們能不能有一個好的軟件平台使得我們的程序員從經典編程步入量子編程。除此之外還包括軟件接口怎麼弄、糾錯怎麼弄等等。
在應用層面則需要好的算法庫，真正有優勢的場景。
總之，産業化的場景在科學研究，技術以及工程化這幾方面提出了多維的挑戰。
百度提出了QIAN 戰略。Q 就是量子算法、量子 AI 及量子架構。I 就是軟件和硬件的基礎設施。除此之外，還要真正識别出一些具有重大應用價值的場景，A 就是實際的一些重要的應用。最後當然還有網絡，N 指量子互聯網，除此之外我們也需要建立生态網絡。
其中大家可以看到 "QIAN" 的三種解釋：一方面是順應科技發展的大勢，就是 " 乾坤 " 的 " 乾 "；一方面是 " 前瞻性 " 的 " 前 "，真正聚焦前瞻性的應用；最後一方面，真正能夠把量子的生态資源利用好，就是 " 金錢 " 的 " 錢 "。
而整個百度量子經過 4 年多的發展，從上面的應用到底層硬件已全套打通，不僅有軟件，也有硬件，還有量易簡的教程，量子操作系統的平台、工具集等等。
也就是在這樣一個平台指導下，我們最終下決心要把這一整套東西全部打通，所以我們希望真正能夠把軟件、硬件，還有應用全部集成起來做出來給大家看，真正實現軟硬一體，把量子算力真正輸入到每個用戶手上。
我們在今年 8 月份的時候在第一次量子開發者大會上推出了一個叫" 乾始 " 的高度集成的産業級量子計算機。
為什麼說它是産業級的量子計算機？其實是因為它能夠持續穩定地提供服務，雖然現在的芯片能力還是比較有限，但是我們已經能夠持續地穩定給用戶提供服務。
我們已經提供了 5 個有趣的應用，從量子疊加到量子糾纏，到量子的搜索，以及後面還有一系列的量子神經網絡這樣的東西供大家使用。我們相信通過這樣的努力，讓量子計算能夠觸手可及。
那麼像百度這樣的企業經開始做量子的産業化努力，但是更多的企業自己可能也希望能夠真正把量子的東西引進到自己企業的服務裡面，這個要怎麼辦？也就是說我們如何幫助其他産業實現産業量子化？
剛才我提到這個數據，将近有七成企業有這個需求，這個時候大家就會發現，這裡面有一個很大的鴻溝需要跨過。
我們今年 8 月份發布了一個叫量羲的全球首個量子軟硬一體化解決方案，能非常便捷地實現企業對量子的布局。
這個平台現在有很大的優點，首先是全平台，不管手機、PC，各種各樣的硬件都可以适配。
其次，它其實有軟件硬件一整套的技術。
另外一方面，它也能夠真正地為企業提供落地服務，比如有私有化定制雲服務，可以幫它整體部署，進行一站式的升級。
具體就是三個步驟。首先是這個企業可以來和我們可以一起讨論，量子計算到底對你這個行業，對你的公司，具體産生一個什麼樣的影響，可以定一個策略；第二，它已經确定是一個趨勢，我們就可以考慮真正去把企業裡面一些核心的問題識别出來，用我們的量子方法為你制定解決方案；第三步是具體的落地。
我們希望能夠通過我們做的百度量子平台這樣一些技術，包括乾始的量子實際産品，最終能夠輸出量羲這樣的方案，能夠讓我們千行百業受到幫助。
" 聰明的腦袋 + 足夠的資源 + 現有最好的技術 = 一台量子計算機 "
在這個報告最後，我想順便做一下展望。
實際上我二十多年來一直在思考一個問題：如何真正能夠造出一台量子計算機？
我的結論其實很簡單，就是聰明的腦袋，再加上有足夠的資源和現有的最好的技術，匹配起來就可以做出量子計算機。
從這個意義上講，全球可以有很多不同的組合都可以做出這樣的機器，這個過程是可以等價的。
目前量子計算機存在的問題是什麼？
首先是人才很稀缺，如果你學量子計算，那麼市場上有好幾個 offer 等着你。
其次就是資金。量子計算整體投入是很多，但是對具體的算法和軟件投入有限，這方面需要加強。
其實很多的資本可以考慮一下量子計算，因為以前可能說有點早，但是現在已經到了關鍵的階段。
另外，我們其實希望能夠通過我們百度量子平台構建一個開放可持續發展的量子計算生态。
這樣我們不僅對我們的開發者，對我們的用戶提供服務，我們也希望能夠和學術界，和我們的資深專家（包括我們的 Artur Ekert 顧問），量子密碼的專家建立合作關系。
另外就是與硬件團隊的合作我們也是非常需要的，因為我們主要偏軟件，雖然我們也有我們自己的硬件，但是我們更希望和硬件團隊進行更深入的合作，把量子芯片做得更好。
當然，還有一方面就是高校的合作永遠是我們創新的源泉。
再次感謝大家的傾聽，謝謝！
— 完 —
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