中國領(lǐng)先的搜索引擎和AI巨頭百度最近宣布了量子機器學(xué)習開(kāi)發(fā)工具包Paddle Quantum。自2018年成立其量子計算研究所以來(lái)，這是百度將量子計算與AI結合采取的一系列步驟中的最新步驟。
“量子計算已成為最活躍的研究領(lǐng)域之一，”百度研究院量子計算研究所所長(cháng)段潤堯博士說(shuō)。人們開(kāi)始非常重視量子計算，并對其潛力深信不疑。特別是，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種技術(shù)來(lái)構建量子計算機所需的所有元素，并且這些技術(shù)正在粘合在一起。”他補充說(shuō)。
在加入百度之前，段先生曾是悉尼科技大學(xué)量子軟件和信息中心的教授兼創(chuàng )始主任。他在北京清華大學(xué)獲得了量子計算博士學(xué)位，并獲得了2006年中國計算機聯(lián)邦(CCF)杰出博士學(xué)位論文獎。
最初對AI感興趣，“今天我很早就決定涉足量子計算，這讓我感到非常幸運，” Duan說(shuō)。他談到了量子計算的三個(gè)要素-研究，軟件和硬件-最近取得了重大進(jìn)展：
新的量子算法和協(xié)議的發(fā)現，從理論上證明了量子計算相對于傳統計算模型的壓倒優(yōu)勢，例如量子機器學(xué)習和量子仿真中的超高效算法;
基于百度深度學(xué)習平臺PaddlePaddle的新軟件工具或編程環(huán)境的出現，例如Quantum Paddle;
作為大型量子計算芯片的基本構件，一比特和兩比特門(mén)的質(zhì)量得到了顯著(zhù)提高。在由谷歌公布量子霸權在去年年底，段說(shuō)，“有顯著(zhù)加強了我們在建設大尺寸和完全可編程量子芯片的信心。”
Duan將量子計算的當前狀態(tài)與合子進(jìn)行了比較：“它將最終交付，但我們仍未實(shí)現一個(gè)邏輯量子位。一旦人們找到了解決這一難題的工程技術(shù)，我認為量子計算將成倍增長(cháng)。”
那么五年后會(huì )是什么樣?Duan說(shuō)：“由于該領(lǐng)域發(fā)展如此迅速，因此幾乎不可能預測五年內量子計算將是什么樣子。” “我們可以肯定地說(shuō)的是，相信量子計算的人的比例將會(huì )增加，而量子計算將成為學(xué)生攻讀博士學(xué)位的最佳選擇之一。”
Duan還預測說(shuō)：“物理量子比特的數量和質(zhì)量都將顯著(zhù)增加，并且許多特定用途的NISQ(噪聲中級量子)設備將在某些實(shí)際應用中可用。” 他還期望AI與量子計算之間有更緊密的互動(dòng)：“使用深度學(xué)習和云計算等AI技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)量子世界將非常實(shí)用。”
Duan指出，量子計算是一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域，起源于量子力學(xué)和計算理論，但并非這兩個(gè)領(lǐng)域的簡(jiǎn)單融合。這是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，需要開(kāi)發(fā)新的技能和全新的方法，并且需要多年的努力來(lái)培訓研究人員。結果，“我們面臨的最大挑戰之一是市場(chǎng)人才匱乏，” Duan說(shuō)。“這樣做的原因是，量子力學(xué)和計算理論很少在高中教授，而在許多大學(xué)中是可選的。解決這一問(wèn)題的一種可能方法是在高中建立一些有關(guān)量子計算的入門(mén)課程。” Duan補充說(shuō)，讓感興趣的學(xué)生熟悉量子計算的另一種方法是易于使用的量子編程工具包。
段認為，量子計算的廣泛部署還面臨另外兩個(gè)挑戰。他觀(guān)察到：“似乎量子計算中的大多數資源都已用于量子硬件。” 量子計算的軟件領(lǐng)域(量子算法，量子AI應用程序和量子體系結構)受到的關(guān)注很少。段說(shuō)：“這根本是不對的。” “合適的軟件工具可以大大加快量子硬件設計的速度，我希望看到更多對量子軟件的投資。” Duan提到的廣泛部署的另一個(gè)挑戰是，在我們看到商業(yè)上可行的量子計算機之前，需要解決許多困難的工程和技術(shù)問(wèn)題。
Duan相信，當實(shí)用的，可用于商業(yè)用途的量子計算機問(wèn)世時(shí)，化學(xué)模擬將是它們的第一個(gè)關(guān)鍵應用。Duan表示：“使用當前的量子設備，我們可以確定小分子的性質(zhì)，并且非常有希望看到我們已經(jīng)接近中等大小分子的性質(zhì)。在藥物發(fā)現和材料設計等應用中，這樣做的后果將是巨大的。”
另一個(gè)最初的關(guān)鍵應用將是機器學(xué)習，尤其是相對較小的數據集。段還認為，成功地將量子計算機用于關(guān)鍵應用“將大大提高我們對量子力學(xué)的理解，從某種意義上說(shuō)可以大大促進(jìn)物理教育。” 他認為，未來(lái)將有一個(gè)廣泛的“理解量子力學(xué)的基本原理及其在信息處理中的典型應用，就像我們?yōu)榕ｎD力學(xué)和當前信息技術(shù)所取得的成就一樣。”
鑒于量子計算的潛在影響，“大型企業(yè)不能簡(jiǎn)單地等到量子計算機問(wèn)世”。“為時(shí)已晚，因為他們需要開(kāi)發(fā)自己的專(zhuān)用應用程序和軟件界面，而所有這些都需要高技能的[勞動(dòng)力]。”
段對技術(shù)和業(yè)務(wù)主管的建議是“立即采取行動(dòng)”。首先，他們需要研究和理解量子計算的基礎知識。然后，他們應該探索量子計算對其核心業(yè)務(wù)的潛在影響。最后，他們應該投資建立“一個(gè)小的量子計算小組，作為其技術(shù)團隊的一部分，專(zhuān)門(mén)致力于使企業(yè)具備量子就緒能力。這個(gè)小組的關(guān)鍵任務(wù)不是開(kāi)發(fā)基本的量子技術(shù)，而是與其他知名的領(lǐng)先量子計算公司合作，并通過(guò)設計合適的接口來(lái)獲得其量子能力。” Duan說(shuō)。
根據百度的網(wǎng)站，“百度這個(gè)名字的靈感來(lái)自八百多年前中國宋代的詩(shī)。百度的字面意思是“數百次”，代表著(zhù)對理想的不懈追求。” 從開(kāi)發(fā)中文搜索引擎到創(chuàng )建全球最大的中文自然語(yǔ)言處理(NLP)數據庫，百度一直致力于幫助量子AI開(kāi)發(fā)人員。
