谷歌執行長桑達爾-皮柴談實現量子霸權

https://www.technologyreview.com/2019/10/23/102523/google-ceo-quantum-supremacy-interview-with-sundar-pichai/

by Gideon Lichfield

October 23, 2019

在接受《麻省理工科技評論》專訪時，皮柴解釋了為什麼量子計算對谷歌來說可能和人工智慧一樣重要。

量子霸權 後量子密碼學 abc抗量子數字幣 比特幣終結者

谷歌研究人員今天在《自然》雜誌上發表了一篇論文，並在公司博客上發表了一篇文章，聲稱自己首次達到了 &34;的境界。他們的53位量子計算機被命名為 &34;（Sycamore），用了200秒的時間完成了一項計算，據谷歌稱，世界上最快的超級計算機需要花費1萬年的時間。該論文的草稿上個月在網上洩露了）。

該計算幾乎沒有實際用途--它吐出的是一串隨機數。選擇它只是為了表明，梧桐樹確實可以以量子計算機的方式工作。有用的量子機還需要很多年的時間，技術上的障礙是巨大的，即便如此，它們可能也只能在某些任務上擊敗經典計算機。(見 &34;)。

但這仍然是一個重要的裡程碑--谷歌CEO桑達爾-皮柴（Sundar Pichai）將其比作萊特兄弟12秒的首次飛行。我採訪了他，了解為什麼谷歌已經花了13年的時間在一個可能需要再花十年或更多時間才能獲得回報的項目上。

為了清晰起見，採訪內容進行了壓縮和編輯。(另外，它是在IBM發表論文質疑谷歌的量子霸權主張之前錄製的。)

麻省理工學院TR：你讓量子計算機來執行一個非常狹窄的、特定的任務。要怎樣才能達到更廣泛的量子至上的證明？

Sundar Pichai：你需要建立一個容錯的量子計算機，擁有更多的qubits，這樣你就可以更好地概括它，在更長的時間內執行它，從而能夠運行更複雜的算法。但你知道，如果在任何領域你有了突破，你就會從某個地方開始。借用一個比喻--萊特兄弟。第一架飛機只飛了12秒，所以沒有實際應用。但它顯示了飛機可以飛行的可能性。

很多公司都有量子計算機。比如IBM，網上有一堆，人們可以在雲端使用。為什麼他們的機器不能做到谷歌的機器所做的事情？

我主要想評論的是，為什麼谷歌這個團隊能夠做到。這需要很多系統工程--在堆棧的所有層級上工作的能力。從系統工程的角度來看，這是最複雜的。你實際上是從一塊晶圓開始的，有一個團隊實際上是在蝕刻門，製造門，然後[向上]堆棧的各個層次，一直到能夠使用人工智慧來模擬和理解最佳結果。

論文的最後一句話說：&34;。有沒有猜到那些可能是什麼？

關於量子的真正興奮點是，宇宙從根本上以量子的方式運行，所以你將能夠更好地理解自然。現在還處於早期，但量子力學的閃光點是模擬分子、分子過程的能力，我認為這將是它最強的地方。藥物發現就是一個很好的例子。或者肥料--哈伯爾過程產生了世界上2%的碳[排放][見注1]。在自然界中，同樣的過程會得到更高效的完成。

那麼，你認為像改進哈伯爾程序這樣的應用還有多遠？

我認為還有十年的時間。我們距離擴大規模並構建足夠好用的量子計算機還有幾年的時間。其他潛在的應用[可能包括]設計更好的電池。總之，你要處理的是化學問題。試圖更好地理解這一點是我會把錢放在哪裡。

即使是關心它們的人也說，量子計算機可能像核聚變一樣：在未來50年內就在眼前。這似乎幾乎是一個深奧的研究項目。為什麼谷歌的CEO對此如此興奮？

如果不是因為這些年我們在計算領域的進化，谷歌也不會有今天。摩爾定律讓我們能夠擴大計算能力，在很多產品上大規模地服務數十億用戶。所以，從本質上來說，我們把自己看作是一家深度的計算機科學公司。摩爾定律，看你怎麼想，它的周期已經到了盡頭。量子計算是我們將繼續在計算領域取得進步的眾多組件之一。

我們興奮的另一個原因是--拿一個簡單的分子來說。咖啡因有243種狀態或類似的東西。我們知道，今天我們甚至無法用經典計算理解分子的基本結構。所以，當我看氣候變化的時候，當我看藥物的時候，這就是為什麼我有信心有一天量子計算會推動那裡的進展。

在《Fast Company》上對你的介紹中，描述了你在2012年看到一個人工智慧自己學習識別貓咪圖片時，感覺到了一種 &34;。[&34;Pichai被引述為。&34;】。] 量子計算是否覺得同樣重要？

絕對是的。對我來說，能夠在實驗室裡實際物理地操縱qubit，並且能夠讓它處於疊加狀態，這同樣是一個深刻的時刻，因為，我之前的觀點是，這就是自然界的工作方式。它開啟了一系列全新的可能性，這在今天之前是不存在的。

要想達到能認真做事的量子系統，可能需要很長的時間。在一個習慣於非常快速進展的公司，你是如何管理耐心的？

你知道，我和哈特穆特[內文]在一起，他和首席硬體科學家約翰-馬丁尼斯一起領導量子團隊。我提到，我從材料科學博士畢業後，周圍的人都在研究高溫超導體。這是26年前的事了，我坐在實驗室裡，我想，&34; 而我覺得自己沒有那麼大的耐心。我對團隊裡的人深表敬意，他們在這個旅程上呆了很久。但幾乎所有的根本性突破都是這樣的，你需要那種長期的願景來建立它。

對於我之前的系統工程觀點，我們正在推動堆棧的許多層級。所以，我們正在推動進展，這些進展將以很多很多不同的方式使用。比如說，我們建立自己的數據中心，就是讓我們能夠建立像TPU[張量處理單元，谷歌深度學習框架TensorFlow的專用晶片]這樣的東西，讓我們的算法走得更快。所以這是一個良性循環。從事月球工作的一大好處是，即使你在途中的失敗也是有價值的，即使是臨時的裡程碑也有其他應用。所以是的，你說的對，我們必須要有耐心。但這一路上有很多真正的滿足感。

你目前在量子計算方面的投資有多少？

這是一個相對較小的團隊。但它建立在我們多年來在谷歌各個層面的所有投資之上。它是建立在公司多年的研究和我們在上面所做的應用工作的基礎上。

你能談談谷歌和IBM在方法上的區別嗎？首先，IBM有一堆量子機，它把這些量子機放在雲端讓大家編程，而你們是作為一個內部研究項目來做的】。

我之所以對這樣的裡程碑感到興奮，是因為雖然事情需要很長的時間，但正是這些裡程碑推動了這個領域的進步。當 &34;擊敗加裡-卡斯帕羅夫時，那是1997年。快進到AlphaGo在2016年擊敗李世石的時候--你可以看著它說：&34; 但每一個裡程碑都會獎勵正在努力的人，並吸引全新的一代人進入這個領域。這就是人類進步的方式。

IBM將其作為雲設施提供，並吸引其他開發者，這很好。我認為我們作為一個團隊一直專注於確保我們向自己和社區證明，你可以跨越量子至上這個重要的裡程碑。

IBM還表示，&34;這個詞具有誤導性，因為它暗示量子計算機最終會比經典計算機做得更好，而事實上，它們可能總是要在一個問題的不同位面上合作。他們在指責你過分誇大這一點。我對此的回答是，這是一個技術術語。社會上的人都明白這個裡程碑到底是什麼意思。

但爭論的焦點是，公眾可能會把它看作是量子計算機已經戰勝了經典計算機的標誌。我的意思是，這與我們都在慶祝人工智慧時沒有什麼不同。有人把它和一般的人工智慧混為一談。這就是為什麼我認為我們發布很重要。重要的是，解釋這些事情的人幫助公眾了解我們在哪裡，它是多麼的早期，以及你如何總是將經典計算應用於你在世界上需要的大多數問題。這在未來仍然會是真實的。

人工智慧在非常多的層面上為谷歌創造了業務。它在翻譯和搜索等服務中。你通過你的雲向人們提供AI工具。你提供了一個AI框架TensorFlow，讓人們可以構建自己的工具。而你提供了專門的晶片[上面提到的TPU]，然後人們可以用它來運行他們的工具。你認為量子計算對谷歌來說最終會如此普及嗎？

我絕對是這樣認為的。而且如果你退一步說，在我們知道人工智慧可以在堆棧的所有層級上為我們工作之前，我們就投資了人工智慧並開發了人工智慧。

往下看，在你談到的所有實際應用上--我們並不只是為自己使用AI技術，我們為全世界的客戶提供AI技術。我們關心的是人工智慧使用的民主化。對於量子計算來說也是如此。

你認為量子計算對AI本身可能意味著什麼？比如說，如果你把量子計算和人工智慧結合起來，會不會幫助我們解開人工通用智能的障礙？

我認為這將是一個非常強大的共生事物。這兩個領域都處於早期階段。在人工智慧方面有令人興奮的工作，在建立更大的模型、更可泛化的模型，以及你需要什麼樣的計算資源才能達到這個目標。我認為AI可以加速量子計算，量子計算也可以加速AI。而從整體上看，我認為這是我們需要的，下一步，解決我們面臨的一些最棘手的問題，比如氣候變化。

你提到了技術的民主化。谷歌在人工智慧方面遇到了一些道德爭議--誰應該獲得這些工具，以及應該如何使用它們。你從處理這些問題中學到了什麼，它是如何影響你對量子技術的思考的？

在這些階段發布並與學術界接觸是非常重要的。我們努力參與。我們已經發布了我們全面的AI原則。如果你拿AI偏見這樣一個領域來說，我想我們在過去幾年裡已經發表了超過75篇研究論文。所以，編纂我們的道德規範，主動參與。

我認為有些領域的監管可能是有意義的。我們希望建設性地參與並幫助獲得正確的法規。最後，還有一個對外參與和獲得反饋的過程。這些都是會影響社會的技術。沒有一家公司能夠找出什麼是正確的事情。沒有什麼靈丹妙藥，但現在還很早，在未來10年，我們必須參與並共同研究這些問題。

一方面說你不會為了某些目的[按照人工智慧原則]發展人工智慧，另一方面又要創建一個平臺，讓人們可以為了任何目的使用人工智慧，這兩者之間是不是有點矛盾？

AI安全是我們最重要的道德原則之一。你要為安全而構建和測試系統。這是我們開發的內在要求。如果你擔心量子系統隨著時間的推移會破壞加密技術，你要開發更好的量子加密技術。當我們建立搜索時，我們必須解決垃圾郵件的問題。

這些技術的風險顯然更高，但其中一部分是你採取的技術方法，還有一部分，隨著時間的推移，是全球治理和道德協議。你需要達成全球框架，從而達到我們想要的結果。我們致力於盡我們所能幫助發展[技術]，不僅是負責任地發展，而且要利用它來保障安全、民主等。而我們會與各機構一起集體做這件事。

還有什麼技術是你現在也非常興奮的嗎？

對我來說，只是作為一個人，從根本上更好的方式來產生清潔的可再生能源有很大的潛力。但我對所有這些技術的組合以及我們如何實際應用這些技術感到興奮。在醫療保健方面，我認為我們在未來十年左右即將取得突破性進展，這將是深遠的。但我也想說，人工智慧本身--下一代人工智慧的突破，新的算法、更好的可泛化模型、轉移學習等等，都同樣讓我感到興奮。