文｜硅谷101

“先進(jìn)半導(dǎo)體是傳奇的過(guò)去，AI是蓬勃的當(dāng)下，量子計(jì)算是不可避免的未來(lái)?！?/p>

曾長(zhǎng)期被視為“未來(lái)技術(shù)”的量子計(jì)算正在加速?gòu)膶?shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)。2月11日，量子計(jì)算公司QuEra宣布獲得2.3億美元投資，這是量子計(jì)算領(lǐng)域迄今最大的單筆投資之一。

這家從哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院分拆出來(lái)的公司，使用原子和激光來(lái)制造量子比特，此前這種技術(shù)被認(rèn)為誤差過(guò)高，但與谷歌、IBM等巨頭采用的超導(dǎo)電路和離子阱路線相比，這種中性原子技術(shù)不需要超導(dǎo)電路，具有穩(wěn)定性高、無(wú)需笨重制冷系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)。

就在三個(gè)月前，谷歌宣布基于Willow芯片的新一代量子計(jì)算機(jī)僅需不到5分鐘就完成了一項(xiàng)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要“10的25次方”年才能算完的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，并且克服了高錯(cuò)誤率的難題。這一突破被業(yè)界稱(chēng)為量子計(jì)算的“Transformer時(shí)刻”。

然而，行業(yè)內(nèi)對(duì)真正實(shí)現(xiàn)“有用的量子計(jì)算”的時(shí)間存在不同的預(yù)測(cè)。英偉達(dá)CEO黃仁勛預(yù)測(cè)，量子計(jì)算的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用至少需要二十年，而谷歌的目標(biāo)是五年內(nèi)推出可用的量子計(jì)算服務(wù)。

本期硅谷101，主理人泓君邀請(qǐng)到Roger Luo，Anyon Technologies 創(chuàng)始人兼CEO，加州理工博士與伯克利大學(xué)的博士后，和Jared Ren（任恒江），Anyon Technologies 創(chuàng)始人兼CTO，加州理工博士與博士后深一起討論黃仁勛關(guān)于量子計(jì)算的時(shí)間預(yù)測(cè)，谷歌Willow芯片的重要性，硅谷公司在量子計(jì)算領(lǐng)域的布局和技術(shù)路徑，以及它將如何影響加密貨幣、銀行體系，以及整個(gè)密碼學(xué)領(lǐng)域。

以下是部分訪談精選

01 理解量子計(jì)算，量子比特的疊加態(tài)與糾纏態(tài)

泓君：我們或許可以先從一個(gè)通識(shí)性的問(wèn)題入手。能否用盡可能通俗的語(yǔ)言向聽(tīng)眾解釋一下，什么是量子計(jì)算？它是用來(lái)做什么的？

Jared: 理解量子計(jì)算可以用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)做類(lèi)比。我們現(xiàn)在市面上幾乎所有的計(jì)算設(shè)備——無(wú)論是CPU、GPU、手機(jī)，還是簡(jiǎn)單的計(jì)算器——本質(zhì)上都屬于經(jīng)典計(jì)算機(jī)。

我們可以把經(jīng)典計(jì)算機(jī)理解為一長(zhǎng)串由 0 和 1 組成的字符串，也就是所謂的 比特（bit）。比特只能處于 0 或 1 的狀態(tài)，而所有計(jì)算，無(wú)論設(shè)備多復(fù)雜或多簡(jiǎn)單，本質(zhì)上都是在處理這些 0 和 1 組成的字符串。類(lèi)比于量子計(jì)算器的話，它也是一長(zhǎng)串的字符串，不過(guò)它的基本單元是 量子比特（qubit）。

那量子比特跟比特的區(qū)別是什么呢？區(qū)別在于，它不僅可以是 0 或 1，還可以同時(shí)處于 0 和 1 之間的 疊加態(tài)。也就是說(shuō)，量子比特可以在多個(gè)狀態(tài)之間共存，而不像經(jīng)典比特那樣只能在 0 和 1 之間二選一。

量子比特還有另外一個(gè)特性，那就是量子的另外一個(gè)原理，也就是它的糾纏態(tài)。它不僅僅是說(shuō)每一個(gè)量子比特是單獨(dú)的量子比特，而是不同的量子比特之間可以糾纏在一起，同時(shí)發(fā)生改變。這兩個(gè)一起發(fā)生作用，就產(chǎn)生了跟經(jīng)典計(jì)算機(jī)顯著的不同。

經(jīng)典計(jì)算機(jī)的狀態(tài)是由比特（bit）組成的，比如一個(gè)只有三位比特的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，它的所有可能狀態(tài)就是 000、001、010、011、100、101、110、111，總共有 8 種 可能的組合。如果想要進(jìn)行運(yùn)算的話，它只能一個(gè)一個(gè)地去改變每一個(gè)位數(shù)。如果它要去到這八個(gè)不同的狀態(tài)的話，要進(jìn)行八次運(yùn)算。

但量子計(jì)算機(jī)不同，如果有一個(gè)三個(gè)量子比特構(gòu)成的量子計(jì)算機(jī)，由于疊加原理和糾纏原理，它可以同時(shí)存在在這八個(gè)狀態(tài)里面，然后同時(shí)對(duì)這八個(gè)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。如果只有三位數(shù)的話，他們的差距可能不這么明顯，一個(gè)要進(jìn)行八次運(yùn)算，一個(gè)進(jìn)行一次運(yùn)算就可以完成。

但是如果比特的數(shù)量繼續(xù)加倍的話，那量子計(jì)算機(jī)它其實(shí)是一個(gè)指數(shù)增長(zhǎng)的過(guò)程。如果有四位的話，經(jīng)典計(jì)算機(jī)就要進(jìn)行16次計(jì)算才能窮盡16個(gè)狀態(tài)，但是量子計(jì)算機(jī)還是只需要一次就可以窮盡所有的16次狀態(tài)，這就是所謂的量子計(jì)算機(jī)相對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算來(lái)說(shuō)的話指數(shù)的加速過(guò)程。

泓君：我可不可以理解成量子計(jì)算機(jī)非常適合去解決復(fù)雜高難度的計(jì)算，越難的計(jì)算它越有優(yōu)勢(shì)。

Jared: 我們可以理解為它的核心優(yōu)勢(shì)在于能夠在某些特定的問(wèn)題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的加速。量子計(jì)算機(jī)它不是經(jīng)典計(jì)算機(jī)的代替品，就像GPU不能像是完全是CPU的代替品一樣。他們兩個(gè)是共同存在、相互協(xié)同的作用。量子計(jì)算機(jī)特別擅長(zhǎng)某些特定問(wèn)題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的加速，像是矩陣運(yùn)算因數(shù)分解、量子化學(xué)、模擬和組合優(yōu)化等領(lǐng)域，它會(huì)在這些高復(fù)雜度計(jì)算的任務(wù)中發(fā)揮非常重要的作用。

泓君：哪些領(lǐng)域會(huì)運(yùn)用到這些高復(fù)雜度的計(jì)算？如果你們能想象未來(lái)量子計(jì)算的應(yīng)用場(chǎng)景，它相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，最具優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)景和問(wèn)題是什么呢？能不能舉一個(gè)具體場(chǎng)景的例子。

Jared: 它有幾種特殊的算法。有的特殊算法對(duì)矩陣運(yùn)算有特別好的指數(shù)級(jí)的加速效果，有的運(yùn)算對(duì)因數(shù)分解有特別好的加速效果。這個(gè)世界本身是量子的，用經(jīng)典計(jì)算機(jī)對(duì)量子世界進(jìn)行模擬本身是非常困難的。比如一些化學(xué)運(yùn)算，它本身是量子的，所以用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行這方面的運(yùn)算將會(huì)更加容易。我剛才提到的三個(gè)例子所對(duì)應(yīng)的其實(shí)就非常明顯，我們現(xiàn)在所有的人工智能學(xué)習(xí)，本質(zhì)上就是矩陣運(yùn)算。

因式分解的話，能想到的就是Shor算法（Shor's algorithm) 所對(duì)應(yīng)的安全問(wèn)題、加密問(wèn)題。現(xiàn)在大部分的加密手段都是通過(guò)類(lèi)似的情況進(jìn)行加密的，那量子計(jì)算對(duì)于破解這樣的加密就非常有優(yōu)勢(shì)。

量子化學(xué)模擬很明顯就可以想到油氣、化工、藥物的研發(fā)等等，是一個(gè)非常直接的作用。

還有一個(gè)領(lǐng)域就是量子計(jì)算機(jī)對(duì)組合優(yōu)化的求解過(guò)程是非常的迅速，也有指數(shù)級(jí)的加速作用。所以說(shuō)對(duì)于一些物流之類(lèi)的需要優(yōu)化的內(nèi)容，這些領(lǐng)域也是非常有幫助的。

泓君：剛剛提到了好幾個(gè)點(diǎn)，比如說(shuō)在矩陣運(yùn)算方面，它對(duì)人工智能的加速表現(xiàn)在哪里？比如說(shuō)有了量子計(jì)算機(jī)，大家再去訓(xùn)練大模型的時(shí)候，它會(huì)有特別的優(yōu)勢(shì)嗎？還是說(shuō)它只能在一個(gè)極小的領(lǐng)域里面，針對(duì)某一個(gè)特定問(wèn)題，可能會(huì)有一些特定的解法。

Jared: 我理解的是人工智能無(wú)論模型是什么，它的本質(zhì)是矩陣運(yùn)算。這就回到了根本的問(wèn)題：為什么GPU比CPU在處理人工智能模型時(shí)的速度快這么多？

本質(zhì)上就是GPU對(duì)矩陣運(yùn)算的速度會(huì)比CPU快很多。CPU擅長(zhǎng)比較復(fù)雜的問(wèn)題和比較少線程的運(yùn)算，而矩陣的運(yùn)算不需要特別復(fù)雜和重復(fù)的過(guò)程，而需要特別多的核心同步運(yùn)算，這就是GPU的作用。所以在人工智能上，GPU上比CPU上優(yōu)勢(shì)更大，就是因?yàn)镚PU對(duì)矩陣運(yùn)算會(huì)比CPU快很多。

像量子計(jì)算機(jī)中用到了HHL（Harrow-Hassidim-Lloyd）之類(lèi)的算法，對(duì)矩陣的運(yùn)算也能加速的話，可以類(lèi)比為人工智能大模型的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了從CPU到GPU的這樣一種跨越式的加速發(fā)展。

Roger: 量子計(jì)算在這個(gè)具體的問(wèn)題上，通過(guò)加速矩陣求逆算法相關(guān)的算法，可以總體加速整個(gè)人工智能學(xué)習(xí)和inference（推理）的進(jìn)度。比如說(shuō)一個(gè)模型有1000億的參數(shù)，你用GPU去跑的話，對(duì)應(yīng)的大概是1000億乘以1000億的算法復(fù)雜度。對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)求指數(shù)底數(shù)的方式，相當(dāng)于log 1000億的復(fù)雜度。相對(duì)來(lái)說(shuō)在處理巨大的模型的時(shí)候，它的操作數(shù)量會(huì)指數(shù)級(jí)下降，那可以以更少的能量和資源付出計(jì)算一個(gè)巨型模型。

02 明貶暗捧的英偉達(dá)：表面保守預(yù)測(cè)，暗地快速布局

泓君：量子計(jì)算現(xiàn)在到底能不能實(shí)現(xiàn)，比如說(shuō)我們說(shuō)的訓(xùn)練人工智能，這個(gè)能力發(fā)展到哪個(gè)階段了？這個(gè)問(wèn)題是由英偉達(dá)的創(chuàng)始人黃仁勛在今年的CES上提出來(lái)的。我記得他說(shuō)，如果說(shuō)十五年內(nèi)能實(shí)現(xiàn)"非常有用"的量子計(jì)算，他覺(jué)得這個(gè)是一個(gè)非常偏早的預(yù)測(cè)；如果說(shuō)是三十年時(shí)間，又可能偏穩(wěn)，所以他覺(jué)得一個(gè)合理的區(qū)間是在二十年。但是他這個(gè)話一說(shuō)，有一批量子計(jì)算股票的股價(jià)就紛紛下跌。所以也是想聽(tīng)一下兩位，你們?cè)趺慈タ袋S仁勛說(shuō)的量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)時(shí)間。

Roger: 首先黃仁勛在NVIDIA的投資者會(huì)議上也被問(wèn)到了，他正面回答了這個(gè)問(wèn)題， 已經(jīng)把這個(gè)時(shí)間說(shuō)到了遠(yuǎn)不止二十年了。

因?yàn)橐坏┰谶@種會(huì)議上開(kāi)始回答這個(gè)問(wèn)題，就意味著投資者會(huì)考慮是否要將量子計(jì)算在未來(lái)十年對(duì)公司股價(jià)的影響計(jì)入定價(jià)(price in)。眾所周知，華爾街計(jì)算股價(jià)時(shí)會(huì)將未來(lái)十年的預(yù)期增長(zhǎng)(assumed growth)和壟斷地位(monopoly)計(jì)入定價(jià)。

所以這對(duì)他來(lái)說(shuō)實(shí)際上存在利益沖突。如果他表現(xiàn)出量子計(jì)算在未來(lái)十年可能會(huì)對(duì) GPU 產(chǎn)生影響，那么第二天英偉達(dá)的股價(jià)就會(huì)下跌。相比讓英偉達(dá)股價(jià)要跌來(lái)說(shuō)的話，那量子計(jì)算的股價(jià)跌對(duì)他來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常合理的決定，畢竟坐在哪個(gè)位置上回答哪樣的問(wèn)題。

從另一個(gè)角度來(lái)看，我很尊敬黃仁勛，他確實(shí)是位很厲害的人物。但是不要只看他說(shuō)什么，要看他做什么。英偉達(dá)在量子計(jì)算領(lǐng)域已經(jīng)是一條大魚(yú)了，他們也是我們的合作伙伴。他們?cè)诟鱾€(gè)方面都表現(xiàn)得非常主動(dòng)，包括我們即將參加的超算會(huì)議，我們還要一起做demo。所以整體上來(lái)說(shuō)，這個(gè)就代表一個(gè)邏輯。

從他“做”的角度來(lái)看，我們可以回顧一下歷史。CUDA 發(fā)布于 2007 年，CUDA DNN 發(fā)布于 2014 年，Transformer 發(fā)布于 2016 年，GPT-3.5 則是在 2022 年。即使從 CUDA 算起，從英偉達(dá)開(kāi)始布局這個(gè)方向到技術(shù)完全落地，總共也不過(guò)十五年時(shí)間。

從邏輯上講，在 21 世紀(jì)的技術(shù)發(fā)展速度下，如果一項(xiàng)技術(shù)還需要十五年才能成熟，那我可能連它一半的發(fā)展歷程都沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)。所以任何需要二十年才能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)都不太現(xiàn)實(shí)，至少納斯達(dá)克市值前三的公司 CEO 不太可能正面回應(yīng)這種長(zhǎng)期技術(shù)，更不用說(shuō)讓公司正式參與其中，這個(gè)有點(diǎn)違背邏輯。當(dāng)然，還是那句話，他做什么比他說(shuō)什么更重要，因?yàn)樗罢f(shuō)”什么要考慮二級(jí)市場(chǎng)的影響，他自己也有英偉達(dá)的股票的利益。

第三點(diǎn)，他用詞非常精準(zhǔn)，說(shuō)的是“very useful quantum computer”，在這個(gè)語(yǔ)境下，這可以理解為“Large-scale fault-tolerant quantum computer(大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī))”，也就是量子計(jì)算的最終形態(tài)。這有點(diǎn)類(lèi)似于 AI 領(lǐng)域中我們討論的 AGI (通用人工智能)，是一個(gè)非常長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)。如果它能夠?qū)崿F(xiàn)，基本上就會(huì)重新定義人類(lèi)文明的下一個(gè)階段，因?yàn)槲覀儗⒛軌蜷_(kāi)發(fā)出無(wú)數(shù)新材料，以及可能出現(xiàn)遠(yuǎn)超人類(lèi)能力的人工智能系統(tǒng)。

所以他這個(gè)“very useful”的意思就是量子計(jì)算徹底站在了當(dāng)下GPU所處的核心位置，這個(gè)的確我個(gè)人不認(rèn)為在十五年之內(nèi)有比較大的概率能出現(xiàn)。我覺(jué)得工業(yè)界共識(shí)來(lái)說(shuō)，就是Large-scale fault-tolerant quantum computer(大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī))這種處在壟斷階段的量子計(jì)算，可能也要十五年的時(shí)間。我覺(jué)得他的說(shuō)法本質(zhì)上沒(méi)有偏離他們自己公司內(nèi)部調(diào)研和工業(yè)界的公式。他只是把它講成了一個(gè)可能投資者聽(tīng)起來(lái)會(huì)更加友好的說(shuō)法。

泓君：是不是可以這樣理解：如果量子計(jì)算真的實(shí)現(xiàn)了，它可能不需要那么多 GPU 就能完成運(yùn)算，所以對(duì) GPU 和芯片的需求會(huì)減少？我想知道這對(duì) NVIDIA 股價(jià)的沖擊，以及大家是怎么思考這個(gè)邏輯的。

Roger：對(duì)，NVIDIA 現(xiàn)在將自己定位為“a supercomputer infrastructure company”(超級(jí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施公司)。他們認(rèn)為未來(lái)的超級(jí)計(jì)算(supercomputing)將涵蓋 AI、天氣預(yù)報(bào)，以及化學(xué)模擬等高復(fù)雜度的計(jì)算問(wèn)題。從他們的角度來(lái)看，這將是未來(lái)的核心業(yè)務(wù)。但有趣的是，量子計(jì)算（Quantum Computing）也是這么說(shuō)的。

但實(shí)際上，量子計(jì)算在一定程度上確實(shí)會(huì)侵蝕，或者說(shuō)參與英偉達(dá)在復(fù)雜運(yùn)算領(lǐng)域的市場(chǎng)份額。比如在進(jìn)行極其復(fù)雜的蛋白質(zhì)反應(yīng)模擬時(shí)，不是像 AlphaFold 那樣的預(yù)測(cè)，而是用第一性原理進(jìn)行模擬，精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)新藥。對(duì)于這類(lèi)任務(wù)，英偉達(dá)去算顯然是不現(xiàn)實(shí)的。

泓君：對(duì)公司來(lái)說(shuō)，成本太高了。

Roger：如果有個(gè)中心愿意買(mǎi)100萬(wàn)個(gè)NVIDIA未來(lái)的GPU芯片去算這個(gè)問(wèn)題，對(duì)他們來(lái)說(shuō)股價(jià)肯定是好的。但這個(gè)時(shí)候如果量子計(jì)算給到一個(gè)預(yù)期，說(shuō)不需要100萬(wàn)個(gè)GPU，差不多1萬(wàn)個(gè)GPU就能實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。這個(gè)相當(dāng)于它的市場(chǎng)就得不到了，就是說(shuō)你的量子計(jì)算任務(wù)基本上不需要跟GPU分擔(dān)工作量，就能完整的去處理這些復(fù)雜的問(wèn)題。

所以我覺(jué)得黃仁勛把量子計(jì)算放到十五年二十年這個(gè)時(shí)間段，相當(dāng)于是告訴華爾街不要將未來(lái)的不確定性計(jì)入當(dāng)前定價(jià)。從 NVIDIA 的角度來(lái)看，未來(lái)十年計(jì)算需求會(huì)持續(xù)上升，公司的股價(jià)應(yīng)該是水漲船高，這個(gè)邏輯是合理的。

在未來(lái)十年，量子計(jì)算本身也需要 GPU 來(lái)做混合量子計(jì)算，這也是為什么我們要跟英偉合作。所以，未來(lái)十到十五年其實(shí)是一個(gè)共同存在、共同增長(zhǎng)的階段，并不存在誰(shuí)取代誰(shuí)的問(wèn)題。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)增量市場(chǎng)的擴(kuò)展，而不是存量市場(chǎng)里相互爭(zhēng)奪份額的競(jìng)爭(zhēng)。

泓君：你們跟英偉達(dá)的合作是什么樣的？

Roger：我們更加重視的是產(chǎn)品和技術(shù)層面，作為一家硬件公司，我們主要關(guān)注兩個(gè)方向。

首先是利用 GPU 的軟件系統(tǒng)和算法來(lái)優(yōu)化量子計(jì)算機(jī)的芯片設(shè)計(jì)和量子測(cè)控，以及使用 GPU 來(lái)優(yōu)化量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。其次是通過(guò)量子計(jì)算機(jī)結(jié)合 GPU 來(lái)增強(qiáng) AI 模型的泛化能力(generalizability)，即使用更少的參數(shù)(parameters)和數(shù)據(jù)(data)來(lái)訓(xùn)練出具有更強(qiáng)泛化性的 AI 模型。這就是所謂的量子增強(qiáng) AI (quantum-enhanced AI)路徑。

大家也聽(tīng)到有一些非常知名的AI公司，最近也在招募量子機(jī)器學(xué)習(xí)的人才去做相應(yīng)的開(kāi)發(fā)。其實(shí)這也是一個(gè)趨勢(shì)。比如大家聽(tīng)說(shuō)過(guò)的SSI（Safe Super Intelligence），Ilya的那家公司。另一方面，我們和他們的合作當(dāng)然不是在軟件層面，而是更側(cè)重于構(gòu)建計(jì)算平臺(tái)。

從另一個(gè)角度看，我們與英偉達(dá)的合作不在軟件層面，而是在構(gòu)建計(jì)算平臺(tái)。我們將他們的 CUDA Quantum 軟件作為膠水，把他們的 GPU 和我們的 QPU (量子處理器)黏合成一個(gè)完整的量子計(jì)算平臺(tái)。通過(guò)高速直接互聯(lián)，我們讓量子處理器和 GPU 能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，從而增強(qiáng)計(jì)算能力。在量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，還可以提升它在人工智能學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的解決方案。

相當(dāng)于在這個(gè)體系中，我們?cè)谟ミ_(dá)的生態(tài)系統(tǒng)中被定位為“quantum backend provider”(量子后端提供商)。他們自稱(chēng)為“GPU and backend provider”(GPU 和后端提供商)，所以我們實(shí)際上是一種并行關(guān)系，同時(shí)把它變成一個(gè)完整的量子增強(qiáng)計(jì)算平臺(tái)。我們是有自己的量子芯片，有自己完整的量子計(jì)算機(jī)，只是將我們的量子計(jì)算機(jī)跟NVIDIA的GPU系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)互聯(lián)，然后用他們的軟件去協(xié)同兩邊的工作，通過(guò)量子硬件去增強(qiáng)GPU在人工智能學(xué)習(xí)問(wèn)題中的一些作用。

泓君：你們的芯片是自己造的，還是市場(chǎng)上有專(zhuān)門(mén)針對(duì)量子計(jì)算設(shè)計(jì)的芯片？

Roger：這個(gè)問(wèn)題很好，我們的芯片是我們自己造的，因?yàn)槲覀冏约旱莫?dú)立的設(shè)計(jì)和專(zhuān)利和制程。但是實(shí)際上有公司在賣(mài)量子芯片，好不好我不評(píng)價(jià)。但是基本上美國(guó)的公司都是自己造芯片。或者這么說(shuō)，很多技術(shù)要在一個(gè)快車(chē)道的計(jì)算面進(jìn)行突破，如果你這么早的就給到一些可能并沒(méi)有那樣技術(shù)積累的團(tuán)隊(duì)去給造芯片，是有點(diǎn)不算明智的。

03 Willow芯片與量子計(jì)算的“Transformer時(shí)刻”

泓君：你怎么看谷歌新發(fā)的Willow芯片？

Roger：他們從2014年一直以來(lái)都在向這個(gè)方向走，就是公開(kāi)路線圖，實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)，證明這個(gè)可擴(kuò)展性的情況下去實(shí)現(xiàn)黃仁勛口中的“very useful quantum computer”，這是他們一直以來(lái)的目標(biāo)。

為什么大家可能有點(diǎn)困惑，因?yàn)椴煌灸繕?biāo)不太一樣。比如有些公司的目標(biāo)就是AGI，而有些公司就像OpenAI一樣，能發(fā)布一個(gè)GPT3.5就認(rèn)為可以了。

所以谷歌推出 Willow 這個(gè)芯片，作為 Sycamore 的繼任者，從我們的角度來(lái)看是個(gè)延續(xù)性工作。谷歌在 Sycamore 之前的一些demo中發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是規(guī)模還是芯片性能，Sycamore 都不足以真正驗(yàn)證量子計(jì)算，特別是機(jī)遇量子糾錯(cuò)計(jì)算的可擴(kuò)展性。

要證明可擴(kuò)展性，就意味著 “The more, the better” ，也就是芯片造得越來(lái)越大，計(jì)算機(jī)的可靠性和計(jì)算能力應(yīng)該越強(qiáng)。以前我們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)你芯片造得越大，整體性能并不會(huì)相應(yīng)提升，原因是總體錯(cuò)誤率也會(huì)上升。

所以要把量子計(jì)算機(jī)做到所謂的“very useful quantum computer”，量子糾錯(cuò)成為了一個(gè)至關(guān)重要的前置技術(shù)。所以Willow相當(dāng)于是谷歌基于過(guò)去十年的發(fā)展，終于證明了量子計(jì)算加上糾錯(cuò)機(jī)制的可擴(kuò)展性。

泓君：Willow芯片是在一個(gè)什么樣的階段？開(kāi)始制造了嗎？

Roger：是的，他們也有論文了。他們用的不是全世界最領(lǐng)先的量子比特和保真度，但是加上各種工程提升，讓這個(gè)芯片做到了能驗(yàn)證量子計(jì)算在硬件層面，在實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)上的一個(gè)可擴(kuò)展性。

這一點(diǎn)我要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的可擴(kuò)展性。因?yàn)榱孔佑?jì)算本身能做到復(fù)雜超級(jí)計(jì)算，這個(gè)本身不是個(gè)問(wèn)題。從算法層面，從原理層面，大概十幾二十年就搞得很清楚了。過(guò)去十年谷歌、IBM和整個(gè)工業(yè)界干了什么事兒呢？就是從實(shí)驗(yàn)、物理可實(shí)現(xiàn)的設(shè)備層面去證明這一點(diǎn)，證明我們真正能做出一個(gè)足夠理想化的芯片去做到可擴(kuò)展性，做到大規(guī)模運(yùn)算。所以谷歌 Willow芯片的意義就在于從實(shí)際的物理層面把它做出來(lái)。

泓君：他會(huì)開(kāi)放給第三方的合作伙伴采購(gòu)嗎？還是他們只自己用。

Roger：谷歌從來(lái)都不是個(gè)硬件公司，從來(lái)都不靠賣(mài)硬件。所以他們最早做出的TPU也沒(méi)有賣(mài)，基本上都是自己用。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，這就是這是一個(gè)非常好的驗(yàn)證，能做到就是在十年內(nèi)做到所謂的“very useful quantum computer”的一個(gè)階段證明。

泓君：那你覺(jué)得它的芯片造出來(lái)了，會(huì)加速整個(gè)量子計(jì)算的研究嗎？

Roger：從加速層面來(lái)說(shuō)的話，肯定會(huì)的。但是更多來(lái)說(shuō)就是他們證明了能做出來(lái)。這個(gè)情況下來(lái)說(shuō)，就能促使他們這個(gè)隸屬于谷歌 AI的部門(mén)獲得更多的資源，將芯片做的越來(lái)越大，越來(lái)越能解決一些實(shí)際問(wèn)題。

所以加速層面不是說(shuō)用這個(gè)芯片加速他們別的發(fā)展，而是用這個(gè)芯片去作為一個(gè)活生生的證明，然后去獲得更多的資源，把這個(gè)東西擴(kuò)大到成為一個(gè)商業(yè)化，或者成為一個(gè)“very useful quantum computer”的形態(tài)。加速肯定會(huì)加速的，因?yàn)楣芾韺蝇F(xiàn)在被說(shuō)服了。

泓君：被說(shuō)服了什么？就是效果是ok的。

Roger：谷歌 CEO也發(fā)了帖子，因?yàn)楣芾韺有枰吹竭@個(gè)概念得到驗(yàn)證。當(dāng)你說(shuō)你可以擴(kuò)展(scale)，那就擴(kuò)展給我看?，F(xiàn)在從谷歌管理層的角度來(lái)看，這種可擴(kuò)展性(scalability)在基礎(chǔ)層面已經(jīng)得到了驗(yàn)證。

這有點(diǎn)類(lèi)似于 Transformer moment：你證明你的機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以擴(kuò)展，然后通過(guò)擴(kuò)展到足夠大的規(guī)模，看能不能做出類(lèi)似 GPT 這樣的模型。

泓君：所以Willow芯片相當(dāng)于量子計(jì)算界的Transformer moment。

Roger：對(duì)，我這有點(diǎn)拾人牙慧了。因?yàn)槭怯幸粋€(gè)投資人問(wèn)過(guò)我，這是不是Transformer moment，我想了想好像有點(diǎn)像。因?yàn)榈拇_是谷歌做出了一個(gè)活生生的驗(yàn)證，這玩意能擴(kuò)展（scale），那好的我們就來(lái)擴(kuò)展它。如果從AI的路徑上來(lái)說(shuō)的話，實(shí)際上我更加樂(lè)觀地認(rèn)為就是未來(lái)十年以?xún)?nèi)的事情，我對(duì)黃仁勛的這個(gè)評(píng)價(jià)覺(jué)得有點(diǎn)過(guò)于保守。

泓君：你的估計(jì)比黃仁勛的這個(gè)估計(jì)更樂(lè)觀, 而且尤其是在谷歌的Willow芯片發(fā)布以后，你覺(jué)得它對(duì)真正實(shí)現(xiàn)的非常有用的量子計(jì)算，它能夠加速到多少年？比如說(shuō)沒(méi)有這個(gè)芯片跟有了這個(gè)芯片的本質(zhì)區(qū)別是什么？

Roger：其實(shí)我覺(jué)得如果沒(méi)有這個(gè)芯片的話，大家會(huì)更加傾向于像黃仁勛的預(yù)測(cè)，大概十五到二十年。但是有這個(gè)活生生的驗(yàn)證后，大家對(duì)未來(lái)時(shí)間線收斂的預(yù)測(cè)會(huì)縮短到十五年以?xún)?nèi)。當(dāng)然這個(gè)可能也是為什么他會(huì)在這個(gè)會(huì)議上被投資人正式地問(wèn)到這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗麄兙鸵_(kāi)始考慮是不是要將這個(gè)事情考慮在股價(jià)定價(jià)里。

泓君：關(guān)于Willow芯片，之前提到它解決的是量子糾錯(cuò)在實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的可擴(kuò)展性。能不能解釋一下，它解決了量子計(jì)算中哪一個(gè)最核心的問(wèn)題，它的原理是什么？

Jared：我大概談一下量子糾錯(cuò)的基本原理。我們知道量子計(jì)算的使用最大的障礙之一就是噪音。同樣也可以用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)類(lèi)比量子計(jì)算機(jī)中的噪音。

所謂的經(jīng)典計(jì)算機(jī)也是噪音非常嚴(yán)重的?，F(xiàn)在我們正常的使用日常生活中的電子產(chǎn)品、手機(jī)、電腦，不會(huì)感受到這些噪音，是因?yàn)樗麄冊(cè)诤茉缫郧熬陀械讓拥慕?jīng)典領(lǐng)域的糾錯(cuò)算法，已經(jīng)在硬件和軟件的銜接層面把這些噪音或者說(shuō)錯(cuò)誤給糾錯(cuò)了。

打個(gè)比方，在GPU中，如果有一個(gè)1.2伏特的GPU，那理想情況下1.2伏就代表邏輯1，然后0伏就代表邏輯0。但是在實(shí)際操作中，由于量產(chǎn)的GPU芯片不可能是完全一樣的，每一次運(yùn)算它所施加的電壓也是有一定的不同的。所以說(shuō)這個(gè)電壓并不一定一直是1.2伏或者是0伏。不同的晶體管之間，不同的時(shí)間，不同的輸出會(huì)有不同，那計(jì)算機(jī)的底層就會(huì)把一個(gè)范圍內(nèi)的誤差都算作0或者1。比如說(shuō)出來(lái)一個(gè)1伏的電壓，那也會(huì)被認(rèn)為是1.2伏，也就是邏輯1，那1.5伏也會(huì)歸類(lèi)為邏輯1。這樣來(lái)說(shuō)對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)是一個(gè)相對(duì)比較簡(jiǎn)單的糾錯(cuò)過(guò)程。

但是回到量子計(jì)算中，這個(gè)就非常不一樣了。因?yàn)椴幌窠?jīng)典計(jì)算中，它可以達(dá)到1伏這樣相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大的一個(gè)數(shù)值，來(lái)方便進(jìn)行糾錯(cuò)。量子比特的能量是非常小的，像我們所用的超導(dǎo)系統(tǒng)中，它只有一個(gè)光子的能量。量子比特非常脆弱，也極易受到環(huán)境的干擾和內(nèi)部誤差的影響，從而導(dǎo)致量子信息的丟失。

還有一些跟經(jīng)典比特之間的對(duì)比的例子，比如說(shuō)經(jīng)典比特只會(huì)出現(xiàn)0或者1的翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤。而量子比特像之前描述的，它其實(shí)是一個(gè)疊加的狀態(tài)，不僅僅包括0和1的翻轉(zhuǎn)，它可能還會(huì)包括一些相位上的偏移的錯(cuò)誤。這也會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果或者計(jì)算過(guò)程造成噪音的影響。

由于量子比特有糾纏的特性，所以它不可以像經(jīng)典計(jì)算中每個(gè)比特可以單獨(dú)拎出來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)。如果要對(duì)量子集團(tuán)進(jìn)行糾錯(cuò)，需要對(duì)所有糾纏在一起的量子比特統(tǒng)一進(jìn)行糾錯(cuò)。這也就是為什么量子糾錯(cuò)會(huì)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，然后推動(dòng)量子計(jì)算真正走向?qū)嵱没囊粋€(gè)核心技術(shù)。

泓君：所以谷歌的Willow芯片是極大地解決了這個(gè)問(wèn)題。

Jared：我認(rèn)為Willow用現(xiàn)在最主流的一個(gè)量子糾錯(cuò)的方案，這個(gè)糾錯(cuò)的方案叫做表面碼，也是源自于加州理工的量子糾錯(cuò)的技術(shù)。通過(guò)利用表面碼的糾錯(cuò)碼和比較優(yōu)化的量子硬件，谷歌向世界證明了我們可以用這種方法，用這條以前已經(jīng)規(guī)劃好的路線繼續(xù)走下去。

只要是按照這個(gè)路線繼續(xù)走下去，我們就能逐漸擴(kuò)大量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模和運(yùn)算能力，而同時(shí)不會(huì)使錯(cuò)誤率隨著規(guī)模的更大而變得更加的嚴(yán)重，反而是隨著規(guī)模的更加擴(kuò)大，它的錯(cuò)誤率反而是下降的，也就是說(shuō)計(jì)算能力整體是提升的。按照我們這條路線繼續(xù)走下去，最終我們是可以實(shí)現(xiàn)像剛才描述的非常有用的量子計(jì)算。也就是我們業(yè)內(nèi)人士叫的叫做完全糾錯(cuò)的量子計(jì)算機(jī)。

04 科技巨頭的路徑之爭(zhēng)

泓君：大家覺(jué)得谷歌有了這個(gè)芯片以后——?jiǎng)倓偰銈円蔡岬搅?，其?shí)你們之前也是跟亞馬遜有過(guò)這樣的工作交集——它會(huì)對(duì)其他做量子計(jì)算的公司形成顯著優(yōu)勢(shì)嗎？比如說(shuō) IBM、微軟、亞馬遜、英特爾，還有一些創(chuàng)新型公司如 D-Wave、IonQ 和 Rigetti。

Roger：從這個(gè)層面來(lái)說(shuō)，谷歌其實(shí)是一個(gè)很好的公司。為什么呢？因?yàn)樗麄兪紫扔性妇?，愿意花費(fèi)早期的時(shí)間和精力，像發(fā)明Transformer那樣，給大家證明這個(gè)大方向是對(duì)的，然后大家就可以沿著這個(gè)路子走下去，相當(dāng)于掃清了很多不確定性。

我們可以看一下其他大公司的回應(yīng)。比如說(shuō)IBM以前從來(lái)沒(méi)有把量子糾錯(cuò)放在他們的路線圖里面，至少?zèng)]有明確放過(guò)，但在前幾個(gè)月卻放上去了。因?yàn)楣雀柽@個(gè)東西也不是立刻出來(lái)的，說(shuō)實(shí)話我們內(nèi)部早就能看到論文了，因?yàn)檫@些都是需要同行評(píng)議的，大家都能看到。

泓君：所以論文它只要發(fā)出來(lái)，它就開(kāi)源了，大家可能都知道這個(gè)方法了。

Roger：首先，谷歌的路線圖一直是明牌。他們要通過(guò)scale和量子糾錯(cuò)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。這個(gè)算法來(lái)自于Caltech，叫做表面碼（surface code），是由Caltech的Alexei Kitaev發(fā)明的糾錯(cuò)算法。

硬件公司與軟件公司有一個(gè)很大的不同點(diǎn)：在硬件領(lǐng)域，我可以把物理過(guò)程（physical process）這個(gè)大方向指清楚，因?yàn)榫唧w的物理實(shí)現(xiàn)在哪里都是一樣的，這樣大家就可以根據(jù)這個(gè)大方向去努力。IBM之所以不放棄，是因?yàn)樗J(rèn)為量子糾錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)時(shí)間線會(huì)拉得更長(zhǎng)。它認(rèn)為通過(guò)暴力增加量子比特?cái)?shù)量的方式，能夠更早地實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值，或者實(shí)現(xiàn)所謂的"very useful quantum computer"。

換一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，為什么IBM作為這個(gè)行業(yè)最早的參與者，在這方面反而顯得有點(diǎn)保守？這是因?yàn)榇蠊就鶅A向于更保守，更堅(jiān)定地遵循其早期路線圖。IBM之前更多地在思考如何用現(xiàn)有的、不需要糾錯(cuò)的技術(shù)就能做出有用的應(yīng)用，這是它的路徑。所以它不停地在探索商業(yè)化途徑 - 雖然在做技術(shù)，但也在做商業(yè)化。相比之下，谷歌完全不做商業(yè)化，專(zhuān)門(mén)去做糾錯(cuò)。

IBM的策略已經(jīng)經(jīng)歷了幾次演變?，F(xiàn)在大家都知道，IBM認(rèn)為量子糾錯(cuò)是可行的，因?yàn)檫@方面的改進(jìn)是可以實(shí)現(xiàn)的。而且關(guān)鍵是谷歌的團(tuán)隊(duì)比IBM的人員要少得多。所以IBM就一直在做這些事情。作為行業(yè)先鋒，有時(shí)候年輕企業(yè)反而比它更有效率。比如另外一家大公司（因?yàn)檫@是非公開(kāi)信息，我就不具體說(shuō)是哪家），也在把自己的路線圖轉(zhuǎn)向量子糾錯(cuò)，要對(duì)標(biāo)谷歌。一看到其他大公司取得突破，他們也想突然倒戈，轉(zhuǎn)向這個(gè)方向。因?yàn)樗麄円郧罢J(rèn)為可能要很晚才能做出東西，但現(xiàn)在做的反而是最早的。

D-wave 有點(diǎn)難，因?yàn)樗麄兊穆窂揭恢笔亲隽孔油嘶鹩?jì)算，這就意味著他們的路徑是跟量子糾錯(cuò)完全是背道而馳的。但是也有歷史原因，為什么D-wave是最早的純量子計(jì)算公司？說(shuō)實(shí)話，在那個(gè)年代大家認(rèn)為可編程通用計(jì)算機(jī)是不存在的，所謂的數(shù)字計(jì)算機(jī)是不存在的，或者很難造出來(lái)的。

所以他們的公司創(chuàng)始初衷就是通過(guò)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的退火量子計(jì)算去做專(zhuān)一化的量子計(jì)算機(jī)，它不能被用來(lái)編程來(lái)做所謂的量子糾錯(cuò)，也不能通過(guò)編程去做通用量子算法。但是他們認(rèn)為通過(guò)做專(zhuān)業(yè)化的量子計(jì)算機(jī)可以更早的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化價(jià)值。現(xiàn)在回頭看，這是一個(gè)錯(cuò)誤的選擇。

泓君：你不認(rèn)可這條路線？那他們現(xiàn)在有轉(zhuǎn)變嗎？

Roger：他們公司的創(chuàng)始到現(xiàn)在都是走量子退火方向，所以他們要轉(zhuǎn)變也是要有過(guò)程的，相當(dāng)于要徹底換方向了。我不是完全不認(rèn)可，他們也許能找到很多使用案例，但是會(huì)發(fā)現(xiàn)之前認(rèn)為很難實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算的路徑，反而現(xiàn)在可能更早實(shí)現(xiàn)，而且關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)之后的影響還更大。

泓君：所以糾錯(cuò)現(xiàn)在看起來(lái)是一個(gè)比較主流，更受大家認(rèn)可的方向？

Roger：對(duì)，因?yàn)橐呀?jīng)做出來(lái)了，活生生的例子也擺在那里了。就像黃仁勛或者說(shuō)很多人說(shuō)張口閉口就是什么要十五年、二十年、三十年。但是大家仔細(xì)想一想，有什么技術(shù)人類(lèi)開(kāi)發(fā)了十幾、二十年，或者說(shuō)到現(xiàn)在這個(gè)階段還要開(kāi)發(fā)十幾二十年的？

泓君：可控核聚變？

Roger：可控核聚變它本質(zhì)上并不完全是個(gè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。因?yàn)橄氘?dāng)年人類(lèi)做核物理，從證明做出了第一個(gè)裂變反應(yīng)，就真的只是做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的很小規(guī)模，裂變反應(yīng)是分下來(lái)幾個(gè)原子彈的規(guī)模，到最后產(chǎn)生一個(gè)兩代產(chǎn)品直接“落地”，字面意義的“落地”，用了三年的時(shí)間，再跨越一個(gè)世代，用了可能不到十年的時(shí)間。

所以實(shí)際上會(huì)發(fā)現(xiàn)可控核聚變，本質(zhì)上它在市場(chǎng)需求上并不是那么迫切，因?yàn)槿祟?lèi)有大量的可裂變反應(yīng)堆可以用。說(shuō)白了一定要用的話，還有氫彈可以用，其實(shí)也是可以發(fā)電的，蘇聯(lián)有相關(guān)的方案。如果要實(shí)現(xiàn)可控核聚變的話，那是一個(gè)非常優(yōu)雅且非常理想的目標(biāo)。但是坦率來(lái)說(shuō)，ROI可能還沒(méi)有把第一遍做大點(diǎn)高，就人類(lèi)現(xiàn)在的能量需求的話。所以我覺(jué)得如果還要幾十年的話，這種技術(shù)大概率已經(jīng)前置成熟了。

比如說(shuō)核聚變，已經(jīng)有氫彈了，所以聚變這個(gè)反應(yīng)其實(shí)已經(jīng)落地了，它相當(dāng)于是第二代或者更先進(jìn)的改進(jìn)過(guò)程。如果是量子計(jì)算，我們談的更多是第一代落地的本身。我覺(jué)得并不存在有這樣的技術(shù)是還要十幾二十年去做出來(lái)的。

泓君：亞馬遜現(xiàn)在的路線是怎么樣的？

Roger：他們做的是一種比較新穎的超導(dǎo)量子比特來(lái)進(jìn)行scale。

所有大公司都做超導(dǎo)量子比特，包括谷歌、IBM、亞馬遜，只是不同的超導(dǎo)量子比特。從公開(kāi)信息來(lái)說(shuō)，亞馬遜做的是一種比較新的超導(dǎo)量子比特，叫Cat Qubit（貓量子比特）， 但是谷歌顯然是產(chǎn)生了（更大的）影響。

泓君：微軟呢？

Roger：微軟當(dāng)年覺(jué)得量子計(jì)算很遙遠(yuǎn)，他們其實(shí)開(kāi)始的很早，應(yīng)該不比谷歌晚，但是他們走的一個(gè)是叫拓?fù)淞孔颖忍氐穆纷樱褪且粋€(gè)完全到現(xiàn)在為止都沒(méi)有能證明的東西，他們八成已經(jīng)放棄了。

所以他們現(xiàn)在更多的是想去做跟別的量子計(jì)算公司進(jìn)行深度合作。比如說(shuō)他們現(xiàn)在之前跟Honeywell的分拆公司叫做Quantinuum合作了所謂的邏輯量子比特計(jì)算。最近又跟UC Berkeley的一個(gè)分拆公司做基于原子的邏輯量子比特計(jì)算。

微軟其實(shí)一開(kāi)始也很像谷歌一樣重視容錯(cuò)量子計(jì)算，谷歌其實(shí)更保守。谷歌為什么選超導(dǎo)量子的路線？因?yàn)檫@個(gè)工程上早就被證明，你可以真的是把芯片造出來(lái)能用。所以說(shuō)從公司層面上來(lái)說(shuō)的話，實(shí)際上你只需要對(duì)它進(jìn)行所謂的工程優(yōu)化，就可以慢慢去產(chǎn)出成果。

至于快和慢，很多時(shí)候跟你的投入和市場(chǎng)需求有直接掛鉤的關(guān)系。就像剛剛說(shuō)的曼哈頓計(jì)劃的例子，市場(chǎng)有巨大的需求，那這三年就能交付了。如果市場(chǎng)需求需要等待時(shí)機(jī)或者證明商業(yè)上的合理性的話，那就可能會(huì)拖得長(zhǎng)一點(diǎn)。但是總體上來(lái)說(shuō)，用超導(dǎo)路徑你是可以直接把它給預(yù)期做出來(lái)的。微軟當(dāng)時(shí)就覺(jué)得這條路子可能都要走個(gè)十幾二十年。

就像我說(shuō)的，最早是大家的對(duì)未來(lái)的估算都容易有分歧，很容易就會(huì)說(shuō)三十年之后，所以他們選了一個(gè)叫拓?fù)淞孔颖忍?，這種拓?fù)浔忍氐暮锰幘褪巧蟻?lái)就容錯(cuò)。他也對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)了很多軟件，算是比較早的量子軟件開(kāi)發(fā)公司。

現(xiàn)在硬件廢了之后，他們就把軟件跟別的量子計(jì)算公司進(jìn)行合作，在別的量子硬件上的運(yùn)行邏輯量子比特。所以實(shí)際上它跟谷歌很像，也很重視所謂的容錯(cuò)量子計(jì)算。只是最后實(shí)現(xiàn)路徑的時(shí)候，谷歌其實(shí)選擇一條硬件上更能證實(shí)的方式去軟硬結(jié)合的去做這個(gè)事情。而微軟因?yàn)闆Q策上的一些失誤，所以現(xiàn)在只有軟件了，跟硬件公司合作。

泓君：所以整個(gè)過(guò)程大家對(duì)技術(shù)方向的把控還是需要一些關(guān)鍵決策的。還有幾家創(chuàng)業(yè)公司呢？比如說(shuō)IonQ？

Roger：IonQ的路徑主要是離子阱。離子阱路徑其實(shí)曾經(jīng)很長(zhǎng)一段時(shí)間，甚至在10年以前，被認(rèn)為是比超導(dǎo)更有前景的路徑。因?yàn)榛陔x子阱的量子實(shí)驗(yàn)其實(shí)是人類(lèi)最早的量子實(shí)驗(yàn)，拿了不少諾貝爾獎(jiǎng)。

超導(dǎo)在很長(zhǎng)的時(shí)間，在2007年—09年之前被認(rèn)為是一個(gè)非常差的平臺(tái)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)上做出來(lái)量子比特都非常差。大概在2009年，耶魯?shù)难芯繂T開(kāi)始把量子比特做得越來(lái)越好了。然后到了2014年的時(shí)候，可以到了糾錯(cuò)的閾值，也是谷歌參加的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

IonQ他們路徑為什么最好呢？因?yàn)檫@套量子體系是歷史最久的，在小規(guī)模量的體系里面是最好的操縱的，可動(dòng)性很強(qiáng)。所以說(shuō)他們當(dāng)時(shí)的路徑就認(rèn)為離子阱這個(gè)路線可能會(huì)更早的實(shí)現(xiàn)所謂的商業(yè)落地和“very useful quantum computer”。但是事實(shí)來(lái)說(shuō)，他們公司從創(chuàng)始到上市到現(xiàn)在，量子比特的數(shù)量可能就翻了一個(gè)倍。

泓君：現(xiàn)在是多少個(gè)量子比特？

Roger：他們2017年創(chuàng)始的時(shí)候，因?yàn)槭菍W(xué)校出來(lái)的，所以從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室搬的那套就有11個(gè)量子比特可以相互糾纏和計(jì)算了，當(dāng)年發(fā)了很多論文，其實(shí)都還不錯(cuò)的工作。但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)離子阱這個(gè)路徑，當(dāng)你要超越11個(gè)量子比特的時(shí)候，工程上面有巨大量的科學(xué)調(diào)整。一個(gè)是工程挑戰(zhàn)大家都很大，但是你可以一步一步去實(shí)現(xiàn)它，一個(gè)是有科學(xué)挑戰(zhàn)。

泓君：科學(xué)挑戰(zhàn)會(huì)更難，它需要依靠基礎(chǔ)的突破。

Roger：就是有更多的不確定性在里面，你需要有更多的創(chuàng)新去驅(qū)動(dòng)他們。

泓君：所以你剛剛說(shuō)他們翻了一個(gè)倍，現(xiàn)在是22個(gè)量子比特。

Roger：差不多，在二十多個(gè)到三十個(gè)之間。

泓君：現(xiàn)在業(yè)界最多的是多少個(gè)量子比特？

Roger：離子阱最多的應(yīng)該是Honeywell的32個(gè)。但是現(xiàn)在的問(wèn)題變成了當(dāng)你的量子比特變多的情況下，其實(shí)他們的一個(gè)取舍就是現(xiàn)離子阱的性能越來(lái)越接近超導(dǎo)了。量子比特變多，它的運(yùn)行性能，比如說(shuō)保真度這些指標(biāo)越來(lái)越接近超導(dǎo)了，應(yīng)該說(shuō)是超導(dǎo)越來(lái)越接近他們。導(dǎo)致一個(gè)很有趣的一個(gè)跨界，就是以前認(rèn)為超導(dǎo)不可能做到保真度大于99.9的，現(xiàn)在能做到了。

技術(shù)發(fā)展其實(shí)是一個(gè)很有趣的過(guò)程，你會(huì)發(fā)現(xiàn)彎道超車(chē)在技術(shù)發(fā)展早期并不存在可能性。就像AI，怎么從Transformer去到GPT，你不能為了避免用Transformer換一個(gè)完全不一樣的架構(gòu)去試錯(cuò)，對(duì)吧？很多人以為自己可以彎道超車(chē)的例子，反而翻車(chē)了。

泓君：這就是“彎道翻車(chē)”。

Roger：所以說(shuō)IonQ的問(wèn)題在于沒(méi)有一個(gè)清晰的路線去做到現(xiàn)在超導(dǎo)這種scale。他們會(huì)說(shuō)我們有路線圖了，但是我們需要看到實(shí)際的展示。

泓君：Regetti呢？

Roger：Regetti這個(gè)公司很傳奇，Regetti本人就是當(dāng)年在耶魯把第一個(gè)超導(dǎo)比特量子能做出來(lái)的人，就是他的畢業(yè)論文。然后他把這套帶到IBM，所以IBM最早的路徑圖就是根據(jù)他的那一套架構(gòu)起來(lái)的。他后來(lái)自己開(kāi)公司，反正各種原因，他的公司的超導(dǎo)比特的一些小細(xì)節(jié)也變了。

Regetti我覺(jué)得其實(shí)在量子公司創(chuàng)業(yè)里面算是前輩了，先驅(qū)。但是因?yàn)榭赡苡悬c(diǎn)太早了，他2013年創(chuàng)建。比如你在Transformer之前創(chuàng)建一個(gè)AI公司，你可能會(huì)變成先驅(qū)，可能后面你就會(huì)沒(méi)辦法去用最新的技術(shù)，最新的信息去做更明智的決定。Regetti整個(gè)公司的不論技術(shù)層面還是商業(yè)層面，其實(shí)都現(xiàn)在有點(diǎn)落后，他們CEO現(xiàn)在也退休了。

05 后量子時(shí)代的密碼學(xué)：銀行與科技巨頭布局新一代加密技術(shù)

泓君：今年VC投量子計(jì)算，你們有感受到這個(gè)市場(chǎng)有在變熱，錢(qián)在大批的往里面涌嗎？

Roger：我覺(jué)得現(xiàn)在來(lái)說(shuō)，因?yàn)榻迪⒁彩且粋€(gè)相對(duì)近期的時(shí)間，并沒(méi)有明顯感覺(jué)到傳統(tǒng)VC的投資變多。

泓君：那什么樣的投資變多？

Roger：戰(zhàn)略VC和國(guó)家主權(quán)VC。比如說(shuō)John Martinis，就以前谷歌的量子計(jì)算的負(fù)責(zé)人，他的新公司叫Qolab。他這個(gè)公司就在去年拿到了1600萬(wàn)美元，從日本的發(fā)展銀行還有一些別的機(jī)構(gòu)拿的錢(qián)。

現(xiàn)在處在敏感階段的三個(gè)行業(yè)，先進(jìn)半導(dǎo)體、AI量子。我們可以總結(jié)說(shuō)，先進(jìn)半導(dǎo)體是一個(gè)非常傳奇的過(guò)去，然后AI是個(gè)非常蓬勃的當(dāng)下，量子計(jì)算是不可避免的未來(lái)。在一個(gè)加息周期里，政府會(huì)對(duì)這個(gè)不可避免的未來(lái)更感興趣。但隨著減息周期的開(kāi)始，我覺(jué)得VC對(duì)于整個(gè)行業(yè)會(huì)更加關(guān)注，特別是Willow的出現(xiàn)，就看下一個(gè)加息周期持續(xù)到什么時(shí)候了。

泓君：你剛剛提到的這家公司就是日本發(fā)展銀行有投到他們，我理解是不是量子計(jì)算如果實(shí)現(xiàn)了，它對(duì)整個(gè)全球的密碼系統(tǒng)會(huì)要求有一個(gè)整體的密碼系統(tǒng)的升級(jí)，需要在安全層面上有一些布局？

Roger：這個(gè)已經(jīng)開(kāi)始了，兩年前拜登的有個(gè)行政命令要求所有聯(lián)邦機(jī)構(gòu)將自己的加密數(shù)改成所謂的抗量子加密。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定局大概在去年的時(shí)候定下了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行抗量子加密，所以實(shí)際上兩三年前就開(kāi)始了。

去年2月份的時(shí)候，新加坡金管局建議所有新加坡的金融機(jī)構(gòu)采用抗量子加密和QKD（量子密鑰分發(fā)），讓?xiě)?yīng)用數(shù)據(jù)不被泄露出去。這個(gè)邏輯其實(shí)也是涉及到剛才大家說(shuō)時(shí)間線的問(wèn)題。為什么從兩年前金管局，也就就是新加坡央行，都在做這個(gè)事情呢？匯豐其實(shí)已經(jīng)在英國(guó)做過(guò)抗量子加密和安全通訊的試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)了。很多銀行也在做，像摩根大通, Chase，他們也算是這個(gè)領(lǐng)域里面非常大條魚(yú)，他們有活躍的抗量子加密和量子通訊的基礎(chǔ)設(shè)施和項(xiàng)目發(fā)展，都是公開(kāi)的信息。

泓君：所以抗量子算法的密碼學(xué)也是在蓬勃發(fā)展。

Roger：其實(shí)這些東西很有趣的。之前說(shuō)政府在主導(dǎo)，這個(gè)可以理解。從去年開(kāi)始是金融界在這方面的進(jìn)步非常大的，基本上你聽(tīng)過(guò)的銀行都有這方面的獨(dú)立項(xiàng)目和共同項(xiàng)目，甚至央行。所以回到剛才的問(wèn)題，我覺(jué)得很多人就是不要看他說(shuō)什么，要看他做什么。如果可以破解加密數(shù)的量子計(jì)算機(jī)還有十到十五年出來(lái)。為什么現(xiàn)在大家這么急著去改變自己的基礎(chǔ)設(shè)施。

泓君：所以你覺(jué)得量子計(jì)算什么時(shí)候可以破解銀行的密碼呢？因?yàn)榫褪窃诠雀鑇illow芯片發(fā)布的那一天，我觀察了一下比特幣的價(jià)格是大跌的。其實(shí)市場(chǎng)上已經(jīng)很廣泛且很長(zhǎng)時(shí)間就流行一種說(shuō)法，量子計(jì)算是非常容易去破解比特幣的算法的。

因?yàn)楸忍貛诺乃惴ㄆ鋵?shí)分成兩部分，一部分是它挖礦的機(jī)制的算法，還有一部分就是它的橢圓曲線簽名。在這兩部分的算法里面，據(jù)說(shuō)橢圓曲線的簽名它是最容易被破解的，甚至它比破解傳統(tǒng)銀行系統(tǒng)的密碼還要更容易。你們理解是這個(gè)樣子嗎？

Jared：對(duì)，比特幣確實(shí)是分兩種加密系統(tǒng)。這里就要提到一種剛才已經(jīng)聊到的算法，Shor算法。

它是一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)大數(shù)分解和離散對(duì)數(shù)問(wèn)題的一種量子算法，可以在以多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)破解這個(gè)橢圓曲線簽名。這種針對(duì)的不僅僅是比特幣系統(tǒng)，而是針對(duì)所有的公鑰是公開(kāi)的加密系統(tǒng)，都會(huì)相對(duì)輕易地被這個(gè)Shor算法所攻破。

這與銀行系統(tǒng)不同，銀行系統(tǒng)它是沒(méi)有公開(kāi)的密鑰的，銀行系統(tǒng)的密鑰它本身也是機(jī)密信息，不會(huì)暴露在外。但是比特幣用戶(hù)的錢(qián)包的公鑰是公開(kāi)的，在鏈上可查的。任何人都可以通過(guò)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)去訪問(wèn)這些公鑰。

所以說(shuō)沒(méi)有量子計(jì)算機(jī)的時(shí)代，你拿到公鑰是絕對(duì)不可能算出，也不能說(shuō)絕對(duì)不可能，是一個(gè)非常大的成本，可能幾萬(wàn)年才能算得出私鑰。但是有了量子計(jì)算機(jī)和Shor算法的情況下，在量子計(jì)算機(jī)有足夠能力的情況下，拿到公鑰之后算出私鑰是一個(gè)非常可行的過(guò)程。

泓君：多少量子比特才能破解？有人說(shuō)需要4000個(gè)，但是其實(shí)我們現(xiàn)在離4000個(gè)量子比特還是有很遠(yuǎn)的距離的。

Roger：這一點(diǎn)我先更正一下，不管是4000個(gè)、3000個(gè)比特?cái)?shù)量，Shor算法要求的是你的量子比特是沒(méi)有錯(cuò)誤的，就是完全容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)。你要有一個(gè)4000個(gè)量子比特，所謂大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)去跑。所以這個(gè)就是黃仁勛那個(gè)“very useful quantum computer”。

按照他的預(yù)測(cè)是在大概在十五年之后，你看大家的動(dòng)作來(lái)說(shuō)顯然不是了，畢竟當(dāng)這個(gè)東西已經(jīng)開(kāi)始威脅到自己的錢(qián)包的時(shí)候，大家的敏感度就變高了。所以我覺(jué)得能破解到加密數(shù)的這個(gè)量子計(jì)算機(jī)，就是所謂的大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，可能還是要十年之后。而很多機(jī)構(gòu)和公司，特別是銀行，還有比特幣，現(xiàn)在已經(jīng)自己配置了這套加密數(shù)了。原因在于，萬(wàn)一呢？

因?yàn)檫@個(gè)不是說(shuō)一個(gè)絕對(duì)的，這是一個(gè)估計(jì)，對(duì)吧？就好像GPT Moment，說(shuō)實(shí)話在2022年初的時(shí)候，2021年的時(shí)候，大家不知道這個(gè)進(jìn)展，當(dāng)時(shí)的普遍認(rèn)為就是像GPT這種能通過(guò)圖靈測(cè)試的AI還要8到10年的時(shí)間，實(shí)際上也就幾個(gè)月的時(shí)間。

所以說(shuō)實(shí)際上經(jīng)過(guò)這趟之后，很多人意識(shí)到技術(shù)突破，有點(diǎn)像技術(shù)爆炸，你無(wú)法預(yù)測(cè)它什么時(shí)候發(fā)現(xiàn)，我只能說(shuō)我合理推測(cè)的10年左右會(huì)出來(lái)。但是如果五年之后出來(lái)，甚至是明年出來(lái)，我不會(huì)極端的驚訝。沒(méi)有物理規(guī)律說(shuō)不可能，這個(gè)本質(zhì)上是工程學(xué)問(wèn)題。

泓君：你剛剛提到了可能實(shí)現(xiàn)的完全容錯(cuò)的量子計(jì)算機(jī)，它出現(xiàn)的時(shí)間可能是快速的，它不是勻速的，我可不可以理解成現(xiàn)在就變成一場(chǎng)競(jìng)賽了，看誰(shuí)先出來(lái)。如果說(shuō)有這么強(qiáng)的量子計(jì)算先實(shí)現(xiàn)了，那就會(huì)對(duì)還沒(méi)有來(lái)得及升級(jí)的這些密碼系統(tǒng)造成非常大的威脅。另外一端就是大家在抗量子密碼學(xué)的改善上，大家有很多的升級(jí)，那它可能是一個(gè)非常平緩的過(guò)渡。

Roger：首先密碼學(xué)的替換，這個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。抗量子加密數(shù)本身是個(gè)加密機(jī)制的一個(gè)替換，這個(gè)很大程度上是個(gè)軟件升級(jí)問(wèn)題，或者是一個(gè)硬件的替換問(wèn)題。比如說(shuō)你要用高速加密的話，你可能需要一個(gè)單獨(dú)的硬件。但這個(gè)包括去年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定局制定了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)抗量子加密算法之后，實(shí)際上大家商業(yè)化程度角度來(lái)講，你就去符合標(biāo)準(zhǔn)去配置就好了。你會(huì)看到像匯豐銀行其實(shí)去年也發(fā)布了他們的crypto，在中國(guó)香港發(fā)布的。那個(gè)crypto還帶了抗量子加密。

抗量子加密這個(gè)東西，本身并不是一個(gè)很慢的過(guò)程，你得去做。更復(fù)雜的反而是像那個(gè)通訊，叫QKD，很多銀行也在做QKD，完全不依靠你的加密數(shù)本身抗量子加密，而是靠物理層面的格局，這個(gè)也是一條路子。

但這個(gè)更慢一些，因?yàn)樗吘股婕暗焦饫w網(wǎng)絡(luò)這些東西。但是很多銀行其實(shí)也自己在推，甚至我們接觸的一個(gè)銀行合作伙伴，他們說(shuō)現(xiàn)在很有趣的情況是銀行再去要求這些通訊公司，像AT&T去部署，叫光纖QKD網(wǎng)絡(luò)，來(lái)幫助他們?cè)谌A爾街可以進(jìn)行安全的通訊。

這個(gè)還是挺有趣的。反而是銀行倒逼通訊公司做這個(gè)事情，因?yàn)橥ㄓ嵐靖刹怀鰜?lái)，大銀行也是自己在搞。所以說(shuō)實(shí)際上我不是很擔(dān)心因?yàn)榻饷艿哪芰Φ奶嵘龑?dǎo)致所謂的金融體系或者虛擬貨幣體系的崩潰，從技術(shù)層面上我不覺(jué)得。三體有句話說(shuō)的很好：“傲慢才是最大的問(wèn)題?！?/p>

泓君：還有“我消滅你，與你無(wú)關(guān)?！?/p>

Roger：我覺(jué)得現(xiàn)在大家都搭建得很好，包括銀行金融機(jī)構(gòu)，你以為它很傲慢，但他們其實(shí)反而是想打安全牌。所以說(shuō)實(shí)際上我覺(jué)得包括像加密貨幣，他們其實(shí)也可以再迭代他們的加密方法，是讓他們的更加安全。這個(gè)我覺(jué)得是可以做到的，這不是一個(gè)“火箭科學(xué)”（Rocket science）的問(wèn)題。

現(xiàn)在處在一個(gè)很有趣的階段，就像很多大公司和國(guó)家都在想，肯定有地方可以攫取第一筆紅利。與其別人得到，不如我去得到。所以就給我們這邊帶來(lái)了比較大的一個(gè)契機(jī)。我們可以給大公司和一些基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展項(xiàng)目計(jì)算進(jìn)行配套量子計(jì)算設(shè)備或者說(shuō)增加一些設(shè)備，就是我們本質(zhì)上變成了一個(gè)服務(wù)器供應(yīng)商，這一點(diǎn)其實(shí)也是我們目前客戶(hù)的主要的角度。我們最大的收入來(lái)自于向這些數(shù)據(jù)中心提供我們的量子計(jì)算機(jī)。

泓君：對(duì)于普通人而言，量子計(jì)算它會(huì)去影響普通人的日常生活嗎？還是說(shuō)它其實(shí)只是會(huì)在高精尖的領(lǐng)域里面去默默運(yùn)轉(zhuǎn)？

Roger：這個(gè)東西就有點(diǎn)像計(jì)算機(jī)早期誕生的時(shí)候，它會(huì)服務(wù)的是什么呢？就是一個(gè)大型跨國(guó)機(jī)構(gòu)，或者說(shuō)甚至是一個(gè)國(guó)家政府的基礎(chǔ)設(shè)施的需求。它提供的是更多的后臺(tái)的需求，為比如說(shuō)未來(lái)的能服務(wù)于普通人的化學(xué)產(chǎn)品，或者金融產(chǎn)品，或者AI產(chǎn)品提供助力。

有點(diǎn)像GPU。GPU其實(shí)很多年以來(lái)都是這些游戲玩家在玩，有段時(shí)間是給挖礦，現(xiàn)在GPU才慢慢進(jìn)入到所謂的無(wú)論玩不玩游戲，你都得跟我打交道的階段，但是也是從數(shù)據(jù)中心的角度來(lái)服務(wù)大眾的。

我覺(jué)得量子計(jì)算也會(huì)經(jīng)歷這樣的過(guò)程，我們會(huì)先去服務(wù)一些比較特定的高價(jià)值客戶(hù)，像計(jì)算機(jī)早期一樣、基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目、大型機(jī)構(gòu)，然后通過(guò)他們?nèi)ラg接服務(wù)普通人。但隨著根據(jù)老黃的“very useful quantum computer”出現(xiàn)在那個(gè)年代，其實(shí)不光意味著量子計(jì)算機(jī)可能到了一個(gè)完整的形態(tài)。甚至我覺(jué)得在那個(gè)年代這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈更加成熟，生產(chǎn)效率也更高，所以這個(gè)成本也會(huì)變得越來(lái)越低。

計(jì)算機(jī)早期很貴的，IBM是最早做計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的公司，造出了Watson計(jì)算機(jī)，當(dāng)時(shí)的IBM公司主席經(jīng)典的誤判就是說(shuō)全世界只需要5臺(tái)計(jì)算機(jī)。因?yàn)樗麛?shù)了數(shù)，需要計(jì)算機(jī)的就是政府、軍隊(duì)、銀行，后來(lái)發(fā)現(xiàn)明顯誤判了，因?yàn)橛懈嗳巳ビ昧?，發(fā)現(xiàn)更多的用途了，就會(huì)有更多需求，更多的需求驅(qū)動(dòng)了更多的產(chǎn)量，更多的產(chǎn)量會(huì)讓成本下降。