中國科技巨頭的量子戰爭

　2017年9月11日，從某種程度上說，是中國量子計算產業化的起點。這一天，本源量子在合肥成立，這是中國第一家量子計算公司。同時，科技巨頭阿里巴巴宣布密西根大學終身教授施堯耘入職阿里巴巴，組建並負責阿里雲量子計算實驗室（AQL）。

　　入職的第一天，施堯耘正在美國飛往中國的路上。1997年從北京大學計算機系畢業後，他在美國一待就是二十年，2001年獲得普林斯頓大學博士學位，師從「圖靈獎」得主姚期智教授研究量子信息科學。

　　施堯耘在理論量子信息科學領域涉獵廣泛，並在美國持有與量子科學相關的多項專利。早在2004年，施堯耘獲得美國國家科學基金會頒發的「職業成就獎」（Career Award）。

　　為了請來這尊「大神」，時任阿里雲總裁的胡曉明可謂費盡周折，當他第一次見到施堯耘時就吃了閉門羹。施堯耘態度堅決說出了一個「NO」，原因也很簡單，他在學界很快樂。

　　但在後來，胡曉明向施堯耘提了一個問題，「如果阿里要做量子計算，有哪些環節？」聽到這個問題，施堯耘一下子愣住了。20年來一直在做量子信息科學理論研究的施堯耘，從來沒有思考落地應用這樣的全局性問題。

　　就這樣，阿里巴巴希望實現量子計算產業化應用的決心，最終打動了施堯耘。

　　自此以後，懷揣與施堯耘同樣的夢想，越來越多的海外量子科學家選擇回到國內。2018年華為、騰訊、百度相繼宣布成立自己的量子計算研發團隊，負責人也一一亮相，包括華為的翁文康，騰訊的張勝譽，百度的段潤堯。

　　一場由科技巨頭主導的量子戰爭正式拉開序幕。

　　低調的馬雲

　　低調和馬雲，看起來是兩個完全不搭的詞。但在談論科技時，馬雲就一改平日裡高調的作風了。

　　2017年3月9日，阿里巴巴在杭州總部召開了首屆技術大會，動員全球兩萬多名科學家和工程師投身新技術戰略。馬雲宣布，阿里巴巴將啟動一項代號「NASA」的計劃，儲備未來20年的核心科技。

　　正當所有人認為馬雲在說大話時，半年後阿里巴巴達摩院悄然成立，人工智慧和量子計算是阿里巴巴押重注的領域，經過一番整合後，施堯耘的量子實驗室歸在達摩院旗下。

　　這是阿里巴巴創建的第二個量子實驗室，2015年還曾與中科院一起合作創建了中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室，這個實驗室效仿了Google與NASA的合作模式，是中國首個科研機構引入民間資本來全資資助的科學實驗室。

　　達摩院成立之前，與中科院合作的主要是阿里雲，做的是量子計算與雲的結合。就在施堯耘入職一個月後的10月11日，中科院-阿里巴巴實驗室和本源量子、清華大學NMRCloud團隊不約而同地發布了國內第一個量子計算雲平臺。

　　在當天的雲棲大會上，阿里巴巴CTO張建鋒宣布成立達摩院，計劃3年投入1000億用於新技術研究。施堯耘出席了量子計算雲平臺的上線儀式，他在臺上第一次見到了潘建偉。

　　

　　左起：中科大教授朱曉波、中科院院士潘建偉、阿里雲總裁胡曉明、施堯耘

　　這場發布會後，業內開始對阿里巴巴的量子計算寄予厚望。儘管施堯耘被告知3年內沒有KPI，但是組建研究團隊的重任仍壓在他的身上。

　　加入阿里巴巴之後，施堯耘跑遍中、美、歐等重要學術機構和研究所，介紹阿里巴巴，交流量子計算的研究心得，尋求學術上的合作夥伴，規劃 AQL 發展計劃。

　　阿里巴巴希望在杭州之外再建一個量子實驗室，最終選在了西雅圖，亞馬遜和微軟兩大科技巨頭坐落於此。這被外界解讀為方便施堯耘挖人。

　　在西雅圖，施堯耘挖來了D-Wave公司的鄧純青。

　　鄧純青是施堯耘的北大校友，是加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所博士，在D-Wave擔任高級科學家，領導新一代量子處理器的研發工作。鄧純青的企業研發經歷，彌補了施堯耘在產業方面的短板，AQL硬體團隊交由鄧純青負責。

　　不久後，施堯耘又成功邀請了兩次理論計算機最高獎項「哥德爾獎」得主Mario Szegedy加入西雅圖的量子實驗室。Szegedy在貝爾實驗室做過7年博士後，後來任職羅格斯大學計算機科學系教授。

　　Szegedy教授研究領域包括量子計算和計算複雜性理論，於2001和2005年兩度獲得理論計算機領域的最高榮譽哥德爾獎。施堯耘稱Szegedy為「我最崇敬的科學家之一」，評價他是「天才式解決問題的高手」。

　　2018年初，達摩院量子實驗室研究團隊基本組建完成。施堯耘給自己定了個期限——五年時間內，實驗室要建立量子計算的體系結構，挖掘量子計算機的潛力，要解決經典計算無法解決的一部分問題。

　　在施堯耘等科學家的努力下，2018年5月8日，AQL研製出的量子電路模擬器「太章」在全球率先成功模擬了81（9×9）比特40層的作為基準的谷歌隨機量子電路，超過了谷歌量子硬體可以實現的規模。

　　基於阿里巴巴計算平臺在線集群的超強算力，「太章」能將整個模擬任務均衡分解為不同的子任務、並將它們分配到不同計算節點上，這使得它能完成目前所有超級計算機都無法完成的模擬。

　　

　　「太章」模擬的隨機量子電路規模（黑線）與谷歌量子硬體可以實現的規模(紅線) 比較

　　與國外科技巨頭相比，阿里巴巴在算法方面齊頭並進，但在硬體方面處於落後的地位。國外IBM和Google在物理上已經實現50個以上的量子比特。

　　為了追趕領頭羊，阿里巴巴在硬體方面下了非常大的功夫，用硬體團隊負責人鄧純青的話說就是「死磕硬體」。

　　終於在2019年9月，阿里巴巴達摩院院長張建鋒宣布AQL完成了第一個可控的量子比特的研發工作，該比特的設計、製備和測量全部是自主完成，這表明達摩院在超導量子晶片的研發上已經具備了全鏈路的能力。

　　阿里巴巴希望推進量子計算從理論到工程落地，並探索量子計算與雲計算、人工智慧、基礎物理、材料、化學等學科結合的無限潛力。

　　儘管距離這個目標很遠，但阿里巴巴在量子計算方面的布局，已經引起了國內其他科技巨頭的警覺。

　　奮進的華為

　　或許是阿里巴巴發布量子計算雲平臺讓華為有了危機感，華為在2017年的《創新研究計劃公開項目》中首次提到了其在超導量子計算、量子算法方向的研究規劃。

　　2018年初，華為就開始著手組建量子計算研發團隊，華為中央研究院數據中心技術實驗室邀請了南方科技大學物理系副教授翁文康，擔任量子計算軟體與算法首席科學家。

　　翁文康早年畢業於香港中文大學物理系，碩士期間，在加州理工學院學習關於量子信息理論的基礎，還受邀請到英國牛津大學參加量子信息的研發項目。2004年赴伊利諾伊大學攻讀博士，師從諾貝爾獎獲得者Anthony Leggett教授。

　　博士畢業後，翁文康在哈佛大學進行有關量子信息和物理化學的博士後研究工作，他開發出VQE量子化學模擬算法，被Google和IBM等企業廣泛採用。2013年9月回國並在清華大學交叉信息研究院任職助理教授。

　　2016年1月，翁文康開始任職南方科技大學物理系副教授，參與建設深圳量子科學與工程研究院。或許有地緣上的原因，翁文康最終加盟了華為。到華為後，他主導量子算法、量子人工智慧、量子模擬等領域的前沿研究和技術創新。

　　2018年10月12日，華為在全聯接大會上發布了量子計算模擬器HiQ雲服務平臺，邁出在量子計算上的第一步。尤其是選在阿里巴巴發布量子計算雲平臺一周年的日子亮相，可謂意味深長。

　　華為HiQ平臺，包括量子計算模擬器與基於模擬器開發的量子編程框架。平臺集成了多個模擬器，既支持單振幅，也支持全振幅。

　　其中，HiQ可模擬全振幅42量子比特以上，單振幅81量子比特以上，對於低深度電路的單振幅可模擬169量子比特，而且，它首次集成糾錯量子電路模擬，可實現數萬量級量子比特的糾錯電路模擬，性能是同類模擬器的5-15倍。

　　

　　翁文康介紹HiQ平臺

　　在此基礎上，2019年6月翁文康團隊研製了華為崑崙量子計算模擬一體機原型，採用HiQ編程架構，搭載量子計算模擬器和崑崙伺服器9032。據稱，單臺崑崙量子計算模擬一體機可實現全振幅模擬40量子比特、單振福模擬最大144量子比特（22層）的性能表現。

　　有別於阿里巴巴，華為對於量子計算能否解決實際問題或者產生商業價值，更加急切。或許這與華為的企業文化有關，2018年任正非提出了一個「沿途下蛋」的概念，儘管沒有特指哪一領域，但華為在量子計算上就是這樣做的。

　　在HUAWEI CONNECT 2019大會上，華為發布了HiQ 2.0量子計算軟體解決方案，推出業界首個一站式VQE量子化學模擬雲服務，助力量子化學應用研究。

　　相較於HiQ 1.0版本，此次HiQ2.0版本推出了業界首個一站式量子化學應用雲服務及對應的軟體包 HiQ Fermion，新增雲端脈衝優化設計服務及對應的HiQ Pulse軟體包。

　　通過華為自研的算法優化、線路壓縮等核心技術，量子軟體包HiQ Fermion可使量子電路參數降低80%，線路深度壓縮至70%，運行速度提高1600倍以上，並可在華為雲上實現目前業界最大規模的VQE量子化學模擬。

　　此次推出的HiQ量子模擬雲服務，助力量子計算的開發者在藥物、能源、材料等拓展應用場景，而華為的終極目標是實現專用計算機。

　　

　　華為布局量子化學+量子調控

　　翁文康介紹，目前華為正在進行量子計算的研究，包括量子計算基本原理、實驗儀器、計算架構、不同路線的電路設計、電路QED、容錯計算、商用機會等。華為要做的幾乎是整個產業鏈，彰顯了華為在量子計算上的巨大野心。

　　轉型的騰訊

　　騰訊第一次和量子計算聯繫是在2017年初，當時牛津大學的量子物理博士葛凌以騰訊歐洲首席代表身份加入騰訊。不過真正開始量子計算的研究，是在2018年1月騰訊量子實驗室成立之後。

　　騰訊找來了施堯耘的同門師弟張勝譽，負責搭建並領導騰訊量子實驗室。

　　張勝譽的履歷幾乎完美，本科畢業於復旦大學數學系，碩士畢業於清華大學計算機系，博士畢業於普林斯頓大學計算機系，師從姚期智教授。博士畢業後，在加州理工學院跟隨John Preskill教授（提出了「量子霸權」的概念）做博士後研究。不到40歲成為香港中文大學終身教授。

　　騰訊為什麼要做量子計算？這個要從騰訊的轉型說起。2018年，騰訊在C端業務增長放緩的情況下，開始轉型B端業務。為此，騰訊提出了用「ABC2.0」技術布局（AI、RoBotics、Quantum Computing），構建面向未來的基礎設施，探索推動以技術服務B端實體產業。

　　目前來看，騰訊側重於從量子AI入手，首先進入化學和藥物研發這一領域。

　　在量子AI理論上，騰訊量子實驗室與外部科學家Iordanis Kerenidis合作，針對神經網絡中最基本的前饋網絡，研發了第一個有可證明的量子加速算法，將經典算法中與網絡連接數成正比的複雜度，提高至與網絡節點數成正比的量子算法複雜度。

　　這是一個「平方級」的效率提升，對人腦這一「終極神經網絡」，該算法效率的提升是經典算法的7000倍。同時，該算法對量子計算機的精確度要求不高，適用於中短期量子計算機的應用。

　　騰訊量子實驗室在小分子藥物發現流程中引入AI模型，用量子性質的計算和判別、生成與強化學習的機器學習模型，幫助傳統藥物研發流程升級，提高藥物研發效率。

　　同時，實驗室利用騰訊雲的算力計算和發布了Alchemy資料庫，該資料庫包含超20萬個分子的量化性質。在此之前，學術界使用最為廣泛的預測分子量化性質資料庫QM9共包含13萬個分子。

　　2019年5月22日，在騰訊全球數字生態大會量子技術分論壇上，騰訊量子實驗室向外界展示了上述研究成果。此外，張勝譽還宣布了Simhub雲計算平臺規劃。

　　

　　騰訊量子實驗室負責人張勝譽

　　根據騰訊的規劃，Simhub 雲平臺是開發者和用戶開放交流的中心。Simhub雲計算平臺的工作流程集測試、計算、發布於一體，極大地提高了生態合作夥伴的協作效率。未來Simhub雲平臺將應用於藥物研發的雲上服務、量子化學計算、分子模擬以及AI模型開發。

　　作為後來者，騰訊量子計算尚在起步階段，但整個團隊目標明確，布局不像阿里巴巴、華為那樣廣泛，把眼光聚焦在量子AI和量子化學上，爭取一步一個腳印，每一步都走紮實。

　　豪賭的百度

　　如今的百度，儘管在體量上已經不能跟騰訊、阿里巴巴、華為相提並論，但在推動技術進步方面，百度仍是不容忽視的一股力量。

　　2017年1月17日，百度宣布前微軟執行副總裁陸奇加盟擔任百度集團總裁和COO。彼時百度正處在「魏則西事件」等輿論危機，O2O業務下滑，2016年財報整體淨利潤銳減的境遇。陸奇被寄予百度轉型的重擔。

　　陸奇上任後，提出了「All in AI」的口號，開啟百度轉型之路。雖然2014年百度就找來了吳恩達負責Baidu Brain計劃，但真正的All in AI是從這時候開始的。在百度只剩下搜索這一塊業務的情況下，All in AI被認為是百度的豪賭。

　　在百度集團設立的六大事業群中，除了主營傳統的索引擎服務的搜索公司，其餘各部門都是AI戰略的一部分。

　　人工智慧讓百度在2017年出盡了風頭。在《最強大腦》舞臺上由吳恩達帶著「小度」打敗公認的最強大腦「水哥」王昱珩，李彥宏坐著自家的無人駕駛汽車上五環被交警警告……

　　

　　李彥宏體驗無人駕駛

　　吳恩達在2017年10月離職，對百度來說是個不小的打擊，但在All in AI一年後，百度也交出了一份「不丟人」的答卷：全球首款L4自動駕駛巴士「阿波龍」量產下線；發布中國第一款全功能雲端AI晶片「崑崙」；發布百度大腦3.0；推出百度智能小程序。

　　All in AI的百度為什麼還要做量子計算？這是因為在經典計算機算力可能出現瓶頸的背景下，人工智慧的發展也將受到限制，對百度來說，量子計算是AI戰略上的重要一環。

　　於是在2018年3月，百度宣布成立量子計算研究所，致力於量子計算軟體和信息技術應用業務研究，由雪梨科技大學量子軟體與信息中心主任段潤堯教授擔任研究所所長。

　　段潤堯於2006年在清華大學計算機系獲得博士學位，10多年來一直從事量子計算和量子信息技術研究。2016年與Andreas Winter合作，首次給出圖論中著名的Lovásznumber自1979年以來完整的資訊理論解釋。

　　段潤堯表示，將全力推動」百度量子、量子百度」的研究規劃，計劃五年時間裡在百度組建世界一流的量子計算研究所，並在之後五年將量子計算逐漸融入百度的業務中來。

　　然而，一切都存在變數。2018年7月陸奇的離開讓百度市值下跌，人員架構變動，AI業務成果遲遲未能體現在財報中。之後，百度再沒有提過All in AI的口號。2019年除了在智能音箱市場高歌猛進，百度幾乎沒有任何關於AI技術落地的消息。

　　AI戰略的放緩也影響到了百度的量子計算，段潤堯提出的五年期限已經過去了兩年，百度在量子計算上仍沒有實質的成果。目前，業界公認製造實用的量子計算至少需要十年，百度有耐心等到那一天嗎？

　　1930年秋，第六屆索爾維會議在布魯塞爾召開。早有準備的愛因斯坦在會上向玻爾提出了他的著名的思想實驗——「光子盒」，公眾號名稱正源於此。