開(kāi)車(chē)的朋友對(duì)此都不會(huì)陌生，清晨強(qiáng)烈的陽(yáng)光，或是夜行會(huì)車(chē)時(shí)大燈的強(qiáng)光直射，都會(huì)對(duì)駕駛造成很大的困擾，偏振太陽(yáng)眼鏡幫助我們完美解決了這一困擾。

偏振太陽(yáng)眼鏡能夠過(guò)濾掉雜亂、刺眼的光線(xiàn)，僅僅保留物體本身的反射光線(xiàn)，不影響駕車(chē)的同時(shí)保護(hù)眼睛。其原理，大家都很熟悉，來(lái)自高中物理學(xué)的干涉衍射部分，有些物理老師會(huì)據(jù)此引申到量子力學(xué)的一些知識(shí)。

這么一個(gè)小物件的使用過(guò)程，已然涉及我們今天要講到的量子計(jì)算。

量子力學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，看似空蕩的宇宙實(shí)際充滿(mǎn)了幽靈粒子，它們?cè)?strong>存在與不存在兩種狀態(tài)之間反復(fù)波動(dòng)。在微觀等級(jí)上宇宙是模糊、超現(xiàn)實(shí)的。例如：原子和其它粒子能夠以“疊加”的流量狀態(tài)存在，它們看上去同時(shí)反方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也會(huì)被糾纏，意味著無(wú)論它們彼此相隔多遠(yuǎn)，都會(huì)彼此互相影響。（未來(lái)的隔空取物可以基于這一原理發(fā)生）

光的偏振“正好同時(shí)處于兩個(gè)相互矛盾的狀態(tài)”之中，在量子計(jì)算中，光的偏振就可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)量子比特。偏振墨鏡就像是一個(gè)篩子，只有和偏振方向一致的光子才可以通過(guò)。一個(gè)并不完全平行于偏振方向的光子，既通過(guò)了“篩子”，又沒(méi)有通過(guò)“篩子”，處于一種疊加狀態(tài)，而當(dāng)你去觀察這個(gè)具體光子的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)結(jié)果又會(huì)坍縮為某一種具體情況。這種現(xiàn)象，另有一個(gè)鼎鼎有名的思想實(shí)驗(yàn)來(lái)詮釋——薛定諤的貓，當(dāng)你觀察之前，貓?zhí)幱谏赖寞B加態(tài)，當(dāng)你打開(kāi)了盒子，這種疊加態(tài)才為你坍縮出一個(gè)具體的結(jié)果，即觀察者創(chuàng)造世界。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果總是服從概率隨機(jī)分布，所以量子力學(xué)會(huì)說(shuō)，“上帝是擲骰子”的。

接下來(lái)，我們把通過(guò)偏振片比作“1”，未通過(guò)偏振片比作“0”，一個(gè)光子就處在既為“0”，又為“1”的疊加態(tài)之中，如果去觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果有50%概率為0,另50%概率為1，這種光子攜帶的比特被稱(chēng)為“量子比特”。

類(lèi)比于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的運(yùn)行模式，量子計(jì)算機(jī)，就是在量子力學(xué)允許的范圍內(nèi)操縱量子比特。

據(jù)此可以推理出，量子計(jì)算機(jī)為什么比經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力強(qiáng)那么多——

根據(jù)前文所述，操縱一個(gè)量子比特可以同時(shí)操縱“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)，一個(gè)可以操縱N個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)際可以操縱2的N次方個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)都是一個(gè)N位的經(jīng)典比特，兩者的差別不言自明。這就是量子計(jì)算機(jī)的并行計(jì)算能力。

由于其特殊的存儲(chǔ)形式，量子計(jì)算機(jī)也有自己獨(dú)特的算法，這里就不再贅述了。

下面要說(shuō)的，是人工智能為何如此迫切需要量子計(jì)算機(jī)的驚人計(jì)算能力。

繞不開(kāi)的路障，唯有徹底擊破

人工智能的三大核心，分別是數(shù)據(jù)、算法、算力。

數(shù)據(jù)是對(duì)象，算法決定上限，算力則決定完成效率。

數(shù)據(jù)方面，全球大數(shù)據(jù)總量以每年50%的速度高速增長(zhǎng)，為人工智能提供了充足的“食物”；算法方面，我們也有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳等類(lèi)型的優(yōu)秀算法，這兩類(lèi)算法在理論上都有可能誕生超人工智能。而目前的算力則存在顯著限制，高校中很多挖掘大數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)跑個(gè)幾天幾夜是正常事，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到的制約更大。

人工智能的爆發(fā)為人們所察覺(jué)是近兩年才開(kāi)始的，直接原因是應(yīng)用效果上取得了突破，根本原因是算力得到了大幅提升。人工智能的初衷是讓計(jì)算機(jī)代替人完成部分工作。如今主流的技術(shù)主要是指使用深度學(xué)習(xí)等算法來(lái)實(shí)現(xiàn)替代人工，完成大量簡(jiǎn)單重復(fù)性勞動(dòng)。

雖然人工智能概念已產(chǎn)生了60年，但是之前的發(fā)展速度一直較緩慢，主要原因是缺乏明確的應(yīng)用方向，即使找到方向，效果也難以讓人滿(mǎn)意。從2015年起，人工智能迎來(lái)了真正的大爆發(fā)，這在很大程度上與GPU的廣泛應(yīng)用、算力得到提升有關(guān)。

目前人工智能應(yīng)用最為廣泛的是在人臉識(shí)別領(lǐng)域。人臉識(shí)別引入人工智能技術(shù)后，識(shí)別率大幅提升。在人臉識(shí)別中，人工智能可以達(dá)到97%的識(shí)別正確率，這意味著大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用具備了價(jià)值的基礎(chǔ)，尤其是在安防領(lǐng)域、金融領(lǐng)域等，機(jī)器做得比人更好。我們認(rèn)為，人工智能最先涉及的領(lǐng)域包括但不限于安防、金融、教育、醫(yī)療、汽車(chē)等。

隨著研究的深入，不斷抬高的產(chǎn)品預(yù)期，算力再度成為制約人工智能發(fā)展的瓶頸。對(duì)于算力的提升，我們有很多優(yōu)化方案，但終究跟不上數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)速度。

而就在不久前，中國(guó)的量子計(jì)算機(jī)正式誕生了，發(fā)生在這個(gè)關(guān)鍵的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，似乎宣示了某種奇妙的偶合。

5月3日，中國(guó)科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院在上海宣布，世界上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)在中國(guó)誕生。這是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽(yáng)、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組在量子計(jì)算機(jī)研究方面取得的突破性進(jìn)展。

古人言一力降十會(huì)，一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)論怎樣優(yōu)化算法都無(wú)法解決的難題，量子計(jì)算機(jī)即使以“笨拙”的窮舉法都可以輕松解決，足見(jiàn)兩者的計(jì)算能力根本不在一個(gè)量級(jí)。

舉例，RSA是一個(gè)現(xiàn)在常用的高度安全的密碼系統(tǒng)，想用一個(gè)RSA的密碼系統(tǒng)，用400位數(shù)的整數(shù)來(lái)做一個(gè)密鑰的話(huà)，用現(xiàn)在用最大的、最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)，需要60萬(wàn)年才能夠做出來(lái)。但是如果在將來(lái)有了一個(gè)量子計(jì)算機(jī)，具備相當(dāng)?shù)膬?chǔ)存功能的話(huà)，三個(gè)小時(shí)就可以做出來(lái)，而且這個(gè)數(shù)字還是科學(xué)家最保守的估計(jì)。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院院士 姚期智 演講

量子計(jì)算機(jī)將打破算力瓶頸，對(duì)人工智能領(lǐng)域產(chǎn)生顯著影響。我認(rèn)為，人工智能的發(fā)展可以歸納為這樣三個(gè)階段：服務(wù)器時(shí)代、云計(jì)算時(shí)代、量子計(jì)算時(shí)代。

最近的另一則新聞，已隱隱可以嗅出量子計(jì)算時(shí)代即將開(kāi)啟的味道。

雷鋒網(wǎng)12月14日?qǐng)?bào)道，據(jù)外媒消息，摩根大通和巴克萊銀行成為最先進(jìn)入IBM早期商用量子計(jì)算系統(tǒng)的公司。

摩根大通也是主要的金融服務(wù)網(wǎng)絡(luò)合作伙伴。

大藍(lán)(IBM綽號(hào)）已簽署了12個(gè)合作伙伴，包括公司，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和國(guó)家研究實(shí)驗(yàn)室——新的IBMQ網(wǎng)絡(luò)在它的開(kāi)源軟件和開(kāi)發(fā)工具的基礎(chǔ)上，努力建立一個(gè)量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)。合作伙伴獲得IBM的專(zhuān)門(mén)知識(shí)和資源，包括通用量子計(jì)算能力。

人工智能的魯棒性，需要借由算力來(lái)突破

人工智能這兩年的火熱風(fēng)頭，一定程度上與AlphaGo擊敗人類(lèi)圍棋冠軍有關(guān)。