施堯耘:量子計算與經典計算的競賽 就像是袋鼠和烏龜賽跑

來源：新浪財經

尋找區塊鏈力量第十期：區塊鏈技術為什麼是硬核黑科技？　

把脈區塊鏈發展，坐看數字經濟雲起，由螞蟻鏈、羅漢堂、新浪財經聯合出品的《尋找區塊鏈力量》系列節目自8月6日起，每周四下午2點在新浪財經獨家首播！本期主題為「區塊鏈技術為什麼是硬核黑科技？」——硬核的先進技術往往披著一層神秘的面紗，達摩院的一眾高手在羅漢堂、螞蟻鏈的臺上能否給我們釋經解惑？量子計算與經典計算的競賽，就像是袋鼠和烏龜賽跑。現在似乎還缺少爆款應用的5G網絡，就像2002年建設的6道高速公路。萬億級別的IOT設備所能帶來的網絡效應和商業模式的改變，是不是超越了對現在10億級別消費網際網路的想像？區塊鏈在5G和IOT技術之上構建的智能新契約商業系統，也還在一磚一瓦地夯實基礎。

主持人：那我們今天來暢想一下，如果在20年，30年之後，量子計算的這項技術發展得非常成熟了，它會給這個世界帶來最大的改變是什麼？　　施堯耘：這個問題非常好，我覺得改變會有這幾個維度。首先要講講就是量子計算能夠用做什麼，量子計算的一個特點是它算得快，比經典計算算得快。這個快是一個本質的快。最本質的是它的快，在於計算步驟數量的大量減少。我自己喜歡做一個比喻，這是我原創的一個比喻。我們都知道龜兔賽跑，我把它稍微改一下，改成袋鼠和烏龜賽跑。　　　所以在一些問題非常難的問題上面，量子計算機可以算得更好，具體來說，有可能在模擬量子物理上面量子計算可以發揮更大的作用。那麼模擬量子物理聽起來好像很學術，但其實跟我們的生活很有關係。比如新材料的發現，或者新的藥物分子的發現，這裡面都需要模擬量子力學。這時候量子計算機可以做的不僅更好，甚至能夠做經典計算機不能做的事情。另一方面，量子計算在組合優化、機器學習上面也許也能夠有貢獻。這是一個比較保守的說法，因為這些問題有可能是非常難的，不光是經典計算，甚至量子計算都沒法很快的解決。量子計算機有個特點，這個特點是不同，它跟經典計算機不一樣，不一樣使得量子計算機做的解法沒法用一個經典計算去有效的模擬，相當於有個新的工具。我們面臨的大數據是金山銀山有很大的價值，當你有個新工具，有可能在別人有的工具的範圍之外發現新的價值，所以這個工具就有意義了，所以這是量子計算第二個特點就是它的不同。這會帶來什麼？也許在重要的問題上就會優化機器學習，會有帶來進步。

主持人：熟悉我們節目的人都知道，我們每一期都會有一個主題關鍵字，今天的關鍵字是「硬」，我們都很好奇未來世界會是什麼樣子的，而塑造未來的最重要的力量之一，就是我們正在研究和開發的科學與技術，如今各種硬技術不斷湧現，比如說5G，IoT、 量子計算，可能對於我們普通老百姓來說，這些名詞似乎都聽過，但確切知道並理解每項技術會帶來什麼改變的人，相信並不多。今天非常有幸請到一眾達摩院高手來到我們的節目，做一次巔峰的交流，為這些硬科技布道。他們是達摩院量子實驗室負責人施堯耘先生。達摩院XG實驗室負責人張銘先生、達摩院區塊鏈實驗室資深技術專家閆鶯女士、阿里雲IoT事業部 CTO丁險峰先生。歡迎四位做客尋找區塊鏈力量第10集。我想對於很多觀眾來說，達摩院是一個很神秘的研究組織，所以想先請四位用最簡單通俗的語言告訴我們，你們各自所研究領域的技術特點是什麼，以及這些技術發展到了一個什麼樣的階段。首先請施老師。

施堯耘：非常高興來到這裡，我先簡單的介紹一下什麼是量子計算。量子計算是利用量子力學裡面非經典性質的計算，比如說量子糾纏、疊加態，量子計算有顛覆當前計算能力的一個潛能，可以用到比如說新材料，新分子的發現，大數據的分析等等，所有在需要強大算力的問題上，我覺得量子計算都有潛能去帶來一個提升和變革。我個人對這項技術意義的總結在於三個關鍵詞：快、不同和酷。快是一個本質上的快，是把計算的步驟量急劇的減少，不同指的是說量子計算提供了一個解決問題的跟經典計算完全不一樣的工具。這個工具可以做的事情，經典計算機很難直接去模擬，直接做，照著那樣的算法去做。那麼這些問題有可能如此之難，使得量子計算機也不能夠做得非常完美。所以量子跟經典有可能會處於一種互相競爭的一個狀態。但是因為新的工具可能會讓使用者更早的發現價值或者發現更多的價值，所以它做一個不一樣的工具也很有意義。酷指的是量子計算機作為一個人造的、大型的、非常精緻的量子系統，它的實現與應用，可以說是量子力學或者科學裡面前所未有的極致的一個實驗，也能幫助我們探索新的未知。所以三個關鍵詞：快，不同和酷。

整個領域還屬於研究和工程並重的一個探索階段，技術發展的方向上仍然有很多不確定性。在業界裡面和走在前面的團隊相比，我們還是一個剛剛起步不久的團隊，我們的實驗室，我們在做超導量子計算硬體實驗室，大概運行了一年多，開始在產出一些創新的成果，我們最終目標是要實現量子計算潛能，走到這個目標還有非常漫長的道路。我就說這麼多，謝謝。

主持人：謝謝您，接下來呢請張銘老師來聊一聊您所在的XG實驗室。

張銘：感謝有這次機會能夠和秦女士做這次對話，那麼和剛剛施老師介紹的量子實驗室不同，那麼XG實驗室其實從這個名字大家應該就可以看到，我們是做通信方面的研究的，X其實它代表了4G，5G 6G，甚至未來有可能7G。其實今天整個通信的研究，正處在從4G時代向5G時代轉變的時期，4G的創新、商業價值都已經得到了充分的證明。5G的商業化現在正處於一個起步、蓄勢待發的階段。所以我們在這個階段，成立XG實驗室，就是希望能夠加速5G時代的到來，能夠通過在應用層面的創新，來去拉動整個5G技術的發展，以及去加快規模化的部署，這是其一。

另外一個，6G這個詞最近一段時間也逐漸開始廣為人知。那麼6G其實是屬於一個才開始起步的階段，和5G不同，5G大家已經耳熟能詳了，各個行業各個生活方面，可能大家都會去說這個東西，5G的手機、5G的套餐、5G的應用已經很多，但是6G現在更處於非常萌芽的階段，包括6G它需要去解決什麼應用問題？很多事情都現在還處於一個未知的狀態。那麼我們在這個時間成立XG實驗室，也是希望能夠儘早的去加入到6G的預言中間，來一起定義通信世界的未來。

主持人：5G可以讓整個世界做到真正的萬物互聯，那麼究竟什麼是萬物互聯？接下來我們就請丁老師來告訴大家。

丁險峰：非常感謝。非常高興和秦女士來探討這樣的物聯網的問題，很多人認為物聯網是萬物互聯，把硬體連在一起，比如說把冰箱、把洗衣機、把電飯鍋連在一起，大家就覺得好像是一個萬物互聯。其實萬物互聯的使命是什麼？大家要記得人類已經解決的通信問題是解決了100億人的通信問題，比如說地球上有70億人，我們很多人是有兩個手機，用於家庭生活和辦公，手機解決了100億人的通訊問題，那麼物聯網解決的是什麼問題？是解決1萬億物的通訊問題，那麼就是說有100億人跟1萬億物疊加在一起，這是一個美好的數字世界。這是下面10年人類正在瞄準的問題，要如何把整個物理世界變成一個數字世界，建立一個數字孿生的世界。未來的數字世界的數人它有可能是機器，比如說冰箱跟人交流，靠自然語言理解能夠產生的交流。物聯網的任務是把整個物理世界搬到數字世界去，當然了它是由粗顆粒度變成細顆粒度，不斷地深入去描述整個的物理世界。這個是物聯網的一個主要的任務。

物聯網這個科學主要是建立一張計算的網絡，未來有一個無處不在的數字世界和無處不在的物理世界在並存的時候，在每一個節點上都有計算。冰箱上有計算，洗衣機上有計算，人身上可能有多個地方計算，有可穿戴計算，有手機計算，車機計算，還有電視機的計算和雲的計算。讓計算成為真正成為水電煤，無處不在。有各種各樣的不同的計算，比如說時延100毫秒的計算，有時延1毫秒的計算，能夠及時處理機器的反應。

第二講的無處不在的計算，未來有1萬億數字人，就有1萬億個數字節點，整個數字孿生世界是由一個無處不在的計算支撐的。無處不在的計算是一個無處不在的網絡，有1萬億物連接起來的網絡，而這個是我們正在解決的問題。所以如何做到比如說邊緣計算高效，如何做到端側計算高效，如何解決像自動駕駛車這樣極複雜的計算和一個燈泡這樣簡單的計算，如何用一套highly scalable彈性計算框架解決，這是一個核心的問題。而這些技術問題正在被人類不斷地攻克，未來5年到2025年就會產生極其巨大的變化，到2030年，我認為可能我們會給張銘老師還有施堯耘老師提出極其巨大的問題：5G、6G這樣的經典計算不夠了，要量子計算來承擔。

主持人：好，謝謝丁老師，接下來想請閆總來談一談您所在的區塊鏈實驗室的研發進展。

閆鶯：今天我們應該也算是東道主了，來介紹我們區塊鏈實驗室，區塊鏈實驗室其實是立足於基礎技術，然後發展創新性的研究和應用，具體來說達摩院區塊鏈實驗室的基礎技術有7個大的方向，比如共識算法、密碼計算、跨鏈、隱私計算、可驗證存儲等等，這些是最基本的。然後我們是以商業和金融的場景為突破口，打造自主的、工業級的、金融級的區塊鏈平臺，也是螞蟻鏈平臺。

為了實現這個目標，其實我們有三方面的工作在一起推進。

第一，這些剛才提到的基礎技術打深度。第二，就是這些基礎技術本身要融合，以及和剛才幾位嘉賓談到的，IoT，5G、 量子計算、人工智慧等等，做一個融合，融合之上的創新。第三，應用創新，我們認為技術的生命力還是在應用，也是積極地在這三個方面做迭代。在過去的幾年裡，經過努力，我們也取得一些階段性的成果，比如說專利數，全球的專利數，我們連續4年是全球專利申請的榜首，我們在專利授權數量上也是以比較明顯的優勢領先。從業務規模來看，螞蟻鏈上有10億的帳戶規模，日均10億的交易量，我們也幫助50多個場景解決基礎可信連結的一些問題。

主持人：好，接下來這個問題想和張老師來聊一聊，今年3月份阿里成立了XG實驗室，您認為在中國新基建發展這樣一個大背景下，XG實驗是擔負著什麼樣的使命？

張銘：好的，很高興有機會來去聊一下XG實驗室。那麼大家都知道今年在中國新基建是熱潮，無論是政府也好，還有企業也好，都在5G方面投入了非常大的資金和技術。那麼作為阿里來說，首先阿里也是一家科技領先的公司，那麼我們在新基建中一定也會扮演非常重要的角色。

在新基建熱潮下面，對於5G來說，除了去大量建設5G的網絡基礎設施，這是一個非常重要的一個發展的基礎。基建其實本身還是要去創造商業價值，就像修一條路，路修的再多，如果在這個上面沒有那麼多車通行，這個路可能修到一定程度，就沒有辦法再發展下去。其實5G網絡非常類似於車輛的作用，它就是把信息非常便捷、快速地從任何一個地點傳到另外一個地方去。我們建了這麼多基站，建了這麼大的帶寬，讓很多信息可以快速的傳遞，這些基礎建設最後能夠為消費者為企業為社會創造什麼價值？這個問題還沒有得到一個非常好的回答。而這一點對於阿里來說，是非常擅長的事情。阿里是一家非常貼近於終端用戶，非常貼近於消費者的公司，最終我們相信5G的建設一定要讓消費者、讓企業用戶能夠感受到它帶來的價值，這也是我們成立XG實驗室一個非常重要的使命。去和其他的底層的包括運營商、設備商，一起去發掘創造5G時代新的應用，讓這些新基建網絡的價值能夠最大發揮出來。就像 4G時代，其實在早年3G網絡建的時候也存在同樣的問題，大家覺得網速建這麼快究竟有什麼用？直到4G時代到來，隨著微信、支付寶、淘寶、抖音、頭條這些應用湧現出來之後，大家都覺得4G對生活改變是非常巨大的，就沒有人再質疑4G網絡的價值。相信5G時代也一樣，要讓新基建真正能發揮它的價值，我們必須要能夠把5G時代的這些應用做起來，這是其一。

第二，技術的創新，它不僅僅是技術本身，最後一定是要通過另外一種方式，通過應用去拉動技術的創新。5G發展的初期，很多時候它的主導者是設備商和運營商，他們更多是從通信的角度，把5G的帶寬做的更大，把延時做的更低，這是一個純技術驅動的方式。

但是到了一定程度之後，網絡本身提供的能力不僅僅是帶寬或者遲延，還有很多其他的能力，包括虛擬化的能力，包括超低延時的能力，包括甚至是未來可確定性的能力，這些能力很多時候是跟應用強相關的。有很多條路徑可以走，究竟應該把資源放在什麼地方是最有效的，如果僅僅從底層，從通信的角度是看不清楚的。我們相信，阿里能夠更貼近於消費者，更貼近於B端的用戶，從他們的角度來看怎麼樣把5G網絡做好，需要什麼樣的技術，這樣能夠真正的讓我們的投資發揮最大的效益。所以從阿里的角度來說，一是我們把整個5G的應用生態做好，第二，能夠通過應用來反推究竟什麼樣得底層技術是值得我們投入去做的。這兩件事能夠真正的第一把新基建的價值最大化，第二也能夠讓我們在新基建上的投入得到最好的產出。

主持人：我之前有看到過工信部部長苗圩，他說其實作為我們普通人來說，4G的日常應用已經足夠了，5G主要是指工業網際網路。您覺得5G它最大的意義在哪裡？

張銘：其實我覺得4G跟5G如果大家僅僅從性能的角度來看，5G主要就是帶寬更快了，比如下載速度會更快，還有遲延會更加低，但是這一點如果僅僅從消費者的角度來說，可能只是網速更快了一點。但是其實5G跟4G在整個設計理念上有非常大的差異， 4G更多是連接人，今天可以看到最主要的4G用戶其實都是手機的用戶，大家通過4G去上網、瀏覽、社交、玩遊戲等。但5G的整個設計理念，不光是為了連接人與人。5G設計之初就認為人的連接只是最終連接很小的一部分，它最終是希望帶來是物和物的連，最終物和物的連接數量會遠遠超過人與人的連接數量，大家可以想像今天地球上大概一共就幾十億人，最後如果我們把大量的感應器，包括各種各樣的汽車、冰箱，還有無人機都變得可連接的時候，這時候的連接數量會遠遠超過4G的連接數量。所以5G不僅僅是性能做得更好，它是一個比較劃時代的設想，未來世界是物與物的連接，比人與人的連接更加重要。

主持人：好，謝謝您，謝謝張老師。接下來要跟施老師來聊一聊，跟剛才我們聊的 XG實驗室它剛剛成立，相比您創建的量子實驗室已經有三年了，作為一名新三年醇同學有什麼樣的感受？

施堯耘：感受很多，我覺得一方面三年如一日過得非常快，阿里節奏很快，另外一方面三年也好似三十載，我個人收穫很多。我這裡就分享一下我個人成長裡面最有收穫的一點，如何來領導一個企業的基礎研究項目。我以前當了十幾年教授，當教授的時候，我非常喜歡學術界的學術自由和興趣驅動，在量子實驗室，一方面我需要營造一個像學校那樣有濃厚學術氣氛的環境，激發科學家們聰明的才智與興趣愛好，要幫助年輕科學家成長。

但另外一方面和學校不同的是我也需要有戰略的規劃，要有互相適配的目標資源和執行的方案，需要做很困難的決定，做戰略和戰術層面的決斷，需要平衡科學研究的不確定性和產出不確定性。對外還需要布局合作、布局人才的培養等等，這些都是學校裡至少一般的教授不會接觸到的課題。這三年我對這些問題有了一些深入體會，踩了很多坑。當然現在也在繼續探索中。

主持人：我們都說量子計算是一項顛覆性的技術，您認為您所在的量子計算實驗室它擔負著什麼樣的歷史使命呢？

施堯耘：謝謝，用歷史使命這麼大的詞彙。我們自己希望能夠發明量子計算裡面的一部分的核心技術，所以我這裡強調是核心技術，我們希望我們能夠貢獻一部分的核心技術。量子計算整體還處於早期，不像傳統的半導體，量子計算還沒有出現因為長期的積累或者是複雜的生態造成的很難逾越的障礙。

所以目前走在最前面的團隊公布的結果，我個人覺得沒有什麼很大的秘密。我覺得如何做出來，當然不簡單，肯定很困難，但是我們不覺得有什麼秘密，有能力、有資源，有耐力的團隊遲早都能夠做到。所以我覺得當前做量子計算最有價值和最令人興奮的不在於複製，而在於創新。量子計算有顛覆計算的潛能，我們希望在量子計算領域內部，能夠有顛覆前人的認識和實踐。

這個目標在執行的時候需要有取捨，需要有所為有所不為，需要做一些很不顯然的選擇。具體來說，我們在量子比特的設計，在量子晶片的製備工藝上，都在探索和目前主流不太一樣的路線。總結來說，未來我們的量子計算機不一定是最好的，但是希望未來最好的量子計算機裡面有我們開創的技術。

主持人：那我們今天來暢想一下，如果在20年，30年之後，量子計算的這項技術發展得非常成熟了，它會給這個世界帶來最大的改變是什麼？

施堯耘：這個問題非常好，我覺得改變會有這幾個維度。首先要講講就是量子計算能夠用做什麼，量子計算的一個特點是它算得快，比經典計算算得快。這個快是一個本質的快。最本質的是它的快，在於計算步驟數量的大量減少。我自己喜歡做一個比喻，這是我原創的一個比喻。我們都知道龜兔賽跑，我把它稍微改一下，改成袋鼠和烏龜賽跑。

袋鼠用跳的方式前行。袋鼠跳一下，烏龜可能要爬上幾十步甚至上百步。所以烏龜和袋鼠賽跑，從起點到終點，袋鼠可能十幾跳就完成了，但烏龜可能要成千上萬個步驟，所以量子計算比經典計算的快在於它的步驟，就像袋鼠一樣跳幾步就完成了，經典計算可能要非常多的計算步驟。所以即使每一步的經典計算非常之快，甚至比量子計算的每一步都快，但是因為計算步驟的減少，最後還是量子計算的時間更少，甚至有些實際問題就只有量子計算可以完成，但是經典計算機是永遠算不完的。

所以在一些問題非常難的問題上面，量子計算機可以算得更好，具體來說，有可能在模擬量子物理上面量子計算可以發揮更大的作用。那麼模擬量子物理聽起來好像很學術，但其實跟我們的生活很有關係。比如新材料的發現，或者新的藥物分子的發現，這裡面都需要模擬量子力學。這時候量子計算機可以做的不僅更好，甚至能夠做經典計算機不能做的事情。另一方面，量子計算在組合優化、機器學習上面也許也能夠有貢獻。這是一個比較保守的說法，因為這些問題有可能是非常難的，不光是經典計算，甚至量子計算都沒法很快的解決。量子計算機有個特點，這個特點是不同，它跟經典計算機不一樣，不一樣使得量子計算機做的解法沒法用一個經典計算去有效的模擬，相當於有個新的工具。我們面臨的大數據是金山銀山有很大的價值，當你有個新工具，有可能在別人有的工具的範圍之外發現新的價值，所以這個工具就有意義了，所以這是量子計算第二個特點就是它的不同。這會帶來什麼？也許在重要的問題上就會優化機器學習，會有帶來進步。老百姓不一定能感受到，我覺得老百姓可能會通過使用，比如說未來阿里巴巴量子計算服務，這些客戶的服務感受到或者是阿里巴巴本身利用量子計算給客戶的服務，所以也許老百姓沒有這些體驗，但是整個社會的計算力量會有很大的進步。