雷鋒網(wǎng) AI 科技評論消息，12 月 28 日，香港中文大學(xué)計算機(jī)系任副教授張勝譽(yù)正式以騰訊量子實驗室負(fù)責(zé)人、杰出科學(xué)家的身份現(xiàn)身由騰訊 SNG 主辦的 TSAIC 大會。雷鋒網(wǎng)了解到，這是繼賈佳亞、劉威等眾多大牛后，又一位知名學(xué)者加盟騰訊。

值得一提的是，本次 TSAIC 大會也是量子實驗室首次浮出水面，張勝譽(yù)教授在會場談及了實驗室的籌備進(jìn)展和未來的規(guī)劃。

面對在座定向邀請的 150 名來自全球高校的學(xué)者，張勝譽(yù)博士在本次論壇上深入淺出地以「薛定諤的貓」為切入點，闡述了量子計算的定義一些非正式的量子信息（如量子疊加、量子觀察、量子糾纏等），引申到學(xué)術(shù)上量子計算的主要領(lǐng)域，回顧了量子計算的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及物理實現(xiàn)，并對未來作出了發(fā)展可能性的探討。

在分享的最后，張勝譽(yù)博士表示騰訊啟動量子實驗室的最新動態(tài)，并提及了兩個招聘的主要方向：一個為量子方向；另一個則為 AI 方向。

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，張勝譽(yù)本科畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)系；碩士畢業(yè)于清華大學(xué)計算機(jī)系，師從應(yīng)明生教授；博士畢業(yè)于普林斯頓大學(xué)計算機(jī)系，師從姚期智教授。后在加州理工學(xué)院跟隨 Prof. John Preskill，Prof. Alexei Kitaev 及 Prof. Leonard Schulman 做博士后研究?，F(xiàn)在張勝譽(yù)在香港中文大學(xué)計算機(jī)系任副教授，研究方向包括量子計算，算法設(shè)計和計算復(fù)雜性分析，以及人工智能基礎(chǔ)研究。他在理論計算機(jī)會議 STOC/FOCS/SODA/ICALP，量子信息處理會議 QIP，人工智能會議 ICML/AAAI/IJCAI 等上面均發(fā)表多篇文章，擔(dān)任 Theoretical Computer Science 及 International Journal of Quantum Information 雜志的編委。

以下為張勝譽(yù)在 TSAIC 現(xiàn)場的演講全文，雷鋒網(wǎng) AI 科技評論做了不改動原意的編輯和修改：

張勝譽(yù)：謝謝各位學(xué)者的到來，今天在這里簡單介紹一下量子計算的發(fā)展。

我們先來看一些最近一兩個月的新聞。第一個是英特爾做了 17 個量子位的芯片，第二個是 IBM，公布 20 位的量子計算機(jī)，也宣布了一個 50 位的下一步計劃的。這里還有一些其它的有趣的新聞，比如一家在加拿大的公司 D-Wave，他們最近升級了他們一個 2000Q 的量子計算機(jī)，這個 2000Q 的意思就是說它有 2000 多個量子位。在這些新聞中已經(jīng)看到一個現(xiàn)象，像 IBM 和英特爾這樣很傳統(tǒng)的大公司只有十幾位、二十位，但是一個相對年輕的公司卻可以有 2000 多位。我們再看一些更年輕的公司，有一個初創(chuàng)公司 QCI 最近剛剛?cè)诹?A 輪 $18M，還有一個公司 1QBit 剛剛?cè)诹?B 輪 $45M。這里還有一個新聞?wù)f中國最近要投入$10B 的一個實驗室。

我挑出來的幾個新聞，僅僅是發(fā)生在過去 1-2 個月的事情，如果看整個量子計算在過去二十年，一開始沒有那么多新聞，但是最近集中在 1-2 年會發(fā)現(xiàn)很多新聞?？吹礁鞣N各樣的新聞也許你會有一些疑問，會覺得什么是量子計算，量子計算是什么，什么時候我們才有量子計算機(jī)在手里，什么時候可以買一臺。如果真有這樣的計算機(jī)，是不是把我們手里的計算機(jī)扔掉，騰訊開展什么方面的量子計算機(jī)的研究。

我們倒回到歷史，大概一百年前，去看一下整個量子力學(xué)的發(fā)展。其中有一個很有名的，可能每一位在座的都聽到過的一個思想試驗。這里假設(shè)有一個貓，圖片右邊有一個小錘子，錘子可以砸碎下面的毒藥，打碎毒藥瓶，這個毒藥釋放出來，這個貓就被毒死了，如果沒有砸碎毒藥瓶，這個貓會活著。但是量子物理似乎在說，可以讓錘子處于落下來和不落下來的疊加狀態(tài)，也就是說，這個錘子可以同時落下和沒有落下，這導(dǎo)致的結(jié)果是這只貓同時處于生和死的狀態(tài)。這對經(jīng)典物理來說是非常難以理解的事情。

這個現(xiàn)象就是疊加態(tài)（Superposition），是說一個系統(tǒng)可以同時處于兩種不同的狀態(tài)的疊加中。

現(xiàn)在我們再換一個角度看這只貓。因為我不知道它是生還是死，我想去看一眼。我們平時所謂的看到、聽到，如果在物理上，都是一個觀測的過程，也就是說，我們觀察一個東西，實際上在對這個系統(tǒng)進(jìn)行測量。跟我們?nèi)粘Ｉ畹暮暧^世界感知不一樣，微觀現(xiàn)象中觀測本身有兩個很奇怪的性質(zhì)。第一個是如果你對同一個，確定的量子狀態(tài)進(jìn)行多次觀測，可能會得到不同的答案. 也就是說，即使用完全一樣的觀測去看那只貓，可能這次你觀察這個貓是死的，下次看到這個貓是活的。對于同樣確定的東西，如果我觀測兩次，會得到完全不一樣的結(jié)果。

還有一個很奇怪的性質(zhì)，如果你觀測到它是死的，你改變了原來這個貓即生又死的狀態(tài)，它就真的變死了，如果觀測它活著它就真的活了。當(dāng)你觀測這個東西的時候會改變這個物品本來的狀態(tài)。如果真的宏觀世界是這樣，那將是件很麻煩的事情。比如你想量一下自己的身高，發(fā)現(xiàn)每一次量完都不一樣，本來你以為你是 1.8 米，你量完發(fā)現(xiàn)結(jié)果是 1.7 米，而且量完以后真的變成 1.7 米了，這時候你就會很頭疼?？磥砹孔游锢硎澜鐣尸F(xiàn)出跟宏觀物理世界很不一樣的東西。

大家還會聽到一個概念叫「糾纏」，就是兩個粒子之間在很強(qiáng)的意義下不可分：即使你們把這兩個粒子分別放到非常遠(yuǎn)的地方，對其中一個粒子進(jìn)行操作，會改變另外一個粒子的狀態(tài)。

下面簡單說一下量子計算研究從學(xué)術(shù)界的角度看有哪些重要的領(lǐng)域。首先一個是量子算法，在這個領(lǐng)域中，我們關(guān)注如何去設(shè)計有效的量子算法，使得這些算法需要花的時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于經(jīng)典算法花的時間。一個相關(guān)的領(lǐng)域是計算復(fù)雜性的問題：我們想知道量子計算機(jī)最終研制出來之后到底計算能力有多么強(qiáng)，在那些問題中它有很大的作用，哪些問題中沒有那么大的作用。還有一個領(lǐng)域是糾錯：如果真的做量子計算機(jī)實現(xiàn)，好的糾錯方案往往是是不可避免的。還有量子計算機(jī)一開始就帶來很大的影響的一個領(lǐng)域是密碼學(xué)。如果有量子計算機(jī)，可能會攻破現(xiàn)有的密碼體系。量子相關(guān)的密碼學(xué)也包括我們要設(shè)計一些新的密碼體系，可能是量子的，也可能是經(jīng)典的，使得即使是量子計算機(jī)也無法攻破。另外，如果將量子計算機(jī)做得越來越好、越來越大，就不可避免的產(chǎn)生編程問題，我們希望設(shè)計高級的語言，研究如何把高級的語言變成一個低級語言描述，軟硬件當(dāng)中怎么來結(jié)合，這都是在學(xué)術(shù)界比較關(guān)注的問題。

下面再簡短的展開一下剛才說的這幾個領(lǐng)域里面的第一個領(lǐng)域，也就是量子計算。假設(shè)以這條線為時間軸。1981 年到 1982 年 Feymann 第一次提出量子計算機(jī)的概念：既然用經(jīng)典的計算去模擬量子系統(tǒng)會發(fā)生指數(shù)差的問題，為什么不干脆做一個量子計算機(jī)，這樣可以反過來達(dá)到快速計算的效果。1985 年 Deutsch 形式化了量子圖靈機(jī)的概念，1993 年 Berstein-Vazirani 研究了量子圖靈機(jī)上的一些基本復(fù)雜性問題，Yao 研究了量子電路的復(fù)雜性問題，把量子圖靈機(jī)轉(zhuǎn)成我們比較熟悉的量子電路的概念。1994 年 Shor 提出了大數(shù)據(jù)分解和算法，這是我們比較熟悉的。1995 年 Shor 還提出了一個量子糾錯碼。1996 年 Grover 發(fā)現(xiàn)可以用量子計算機(jī)進(jìn)行大量快速搜索，在密碼里面有廣泛的應(yīng)用。搜索這件事情，肯定是到處都會建造一個任務(wù)，所以對于一個搜索這樣一個一般的而且沒有任何結(jié)構(gòu)的問題都可以加強(qiáng)，這大大提高了量子算法的可應(yīng)用型。再之后到 2003 年，Ambainis 和 Szegedy 做了量子隨機(jī)游走算法，為后面的學(xué)者提供了量子算法的新方法。2009 年幾位科學(xué)家研究怎么解線性系統(tǒng)，線性系統(tǒng)有著的廣泛應(yīng)用，但是這個算法并不是把所有的變量解全部輸出出來，而是把解壓縮到一個小的空間中。最近出現(xiàn)了越來越多的量子機(jī)器學(xué)習(xí)的有趣研究。

下面想講一些經(jīng)常聽到的概念，這些概念有一些是正確的，有一些可能不是那么精確。剛才我說到疊加態(tài)的事情，疊加態(tài)，本身就是帶來了自然并行的能力，這當(dāng)然很好。但這并不是說，可以把搜索空間讓量子計算機(jī)并行搜索，然后把正確解的那一個分支拿出來這么簡單。在整個量子系統(tǒng)演化當(dāng)中，它必須遵循量子物理的規(guī)律，其中一個就是整個確定性演化過程是一個酉變換。再加上之前提到的觀測的不確定性和破壞性，給量子算法的設(shè)計帶來很大挑戰(zhàn)。量子算法設(shè)計的過程，基本上是你想辦法去利用量子并行的能力，然后需要去克服由于酉變換和測量給你帶來的麻煩。

我們有時也會聽到一些概念不是很準(zhǔn)確，比如說糾纏態(tài)可以實現(xiàn)瞬間的信息傳輸。這個問題的答案現(xiàn)在很清楚，我們其實不能利用糾纏進(jìn)行瞬間的信息傳輸，對兩個糾纏的粒子中的一個進(jìn)行測量確實會影響另外一個的狀態(tài)，但是這個測量結(jié)果的隨機(jī)性我們沒法控制，我們也沒有辦法用這個來傳輸我們想要傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

另外一個常見的不準(zhǔn)確的說法是量子計算機(jī)可以快速解決 NP-complete 的問題。這個我們并沒有絕對確定性的答案，但是絕大部分學(xué)者認(rèn)為這個事情是做不到的。當(dāng)然我們還沒有嚴(yán)格地證明，事實上，如果能證明這個，那么它馬上就能推出 P 不等于 NP，而這是計算機(jī)科學(xué)中最大的一個 open problem。所以我們可以想像，想證明量子計算機(jī)不能多項式時間解決 NP-complete 問題，將會是一個非常難的問題。

下面再講一下量子密鑰分配的問題?；旧希蝿?wù)是生成隨機(jī)數(shù)分配給雙方，使得如果中間有人竊聽，通訊雙方會發(fā)現(xiàn)這件事情，通訊雙方就會放棄使用這一對密鑰。當(dāng)然現(xiàn)實應(yīng)用中需要結(jié)合身份認(rèn)證，不過總的來說，量子通信及其再密鑰分配上的應(yīng)用比量子計算走得超前，市場上也可以買到量子密鑰分配的產(chǎn)品。

一個有趣的方向是量子模擬如果有了量子計算機(jī)，我們可以用這個量子計算機(jī)來模擬量子系統(tǒng)，這會大大改變整個人類探索微觀世界的根本方式。這在將來在化學(xué)，材料，制藥等問題上有相信會有跟以前不一樣的辦法，產(chǎn)生比較大的幫助。

還有一些其他的研究領(lǐng)域，比如說信息領(lǐng)域，研究編碼解碼，信道容量等問題，量子精準(zhǔn)測量希望可以對時間和空間上進(jìn)行非常精準(zhǔn)的測量。最后還有量子相關(guān)的機(jī)器學(xué)習(xí)和智能領(lǐng)域。

我們可能都想看看現(xiàn)有的量子計算機(jī)長什么樣。這是 D-Wave 的機(jī)器，都封裝到一個大機(jī)箱里面了。一回會看到更多的圖片，但是這里先談一個問題，為什么這樣一個公司可以做 2000 位，而很多傳統(tǒng)的大公司只能做 10 幾、20 位呢？因為做量子計算機(jī)基本上有兩個不同的目標(biāo)，一個是要做一臺專用機(jī)，這個機(jī)器只能處理一些特殊的事情，比如說目標(biāo)是某一類優(yōu)化的問題。另一個不同的目標(biāo)是做通用機(jī)，實現(xiàn)通用電路。這個目標(biāo)非常高，可以想象，一方面要量子比特之間交互，另一方面還不許他們和外界環(huán)境有交互。這本身是優(yōu)點矛盾的事情，工程工藝實現(xiàn)上很有挑戰(zhàn)。在實現(xiàn)的條件上很苛刻，比如很多實現(xiàn)方案要求超低溫。所以整個通用量子計算機(jī)實現(xiàn)是個非常艱辛的事情，從二十年前就一直做這個事情，也一直有比較穩(wěn)定的進(jìn)展，可喜的是最近的三五年能明顯看到一些加速的跡象。也出現(xiàn)了越來越多的實現(xiàn)方案，有一些現(xiàn)在看起來跑得更快一些，當(dāng)然最終哪個能成為贏家現(xiàn)在預(yù)言還有點為時過早。我們可以看看更多的 IBM 和 Google 公布的圖片。其實這是給芯片做冷卻的裝置。這一張圖是從 IonQ 的報道中取的，IonQ 應(yīng)該是做離子阱最好的技術(shù)團(tuán)隊之一。

這是今年 8 月份的一個總結(jié)（見 PPT），可以看到大概的業(yè)界發(fā)展現(xiàn)狀。這張 slide 是總結(jié)量子位數(shù)。右上角是通用機(jī)，右下角是專用機(jī)，左邊是模擬機(jī)的。這里我們應(yīng)該注意不應(yīng)該只是簡單比較有多少位，因為除了要有這么多的量子位排在那里，還要看能實現(xiàn)的電路有多深，可以進(jìn)行怎樣的操作，電路的連接程度怎么樣，產(chǎn)生的狀態(tài)可以保存多長時間，等等。基本現(xiàn)狀是，現(xiàn)有的通用量子計算機(jī)還是比較小規(guī)模的幾十位，對差錯的控制還有待進(jìn)一步提高。大家還在努力一點點把這個做得越來越好。

整個工業(yè)的現(xiàn)狀，大家是比較關(guān)注的，也看到很多未來得應(yīng)用，有的應(yīng)用在 3-5 年之后就有有一些小規(guī)模的原型出現(xiàn)。

從投入來說，各國在量子計算機(jī)投入很大，比如去年歐盟推出一個 Billion 的研究計劃，北美大概也是這樣的量級，中國也開始有打的投入大家都投入到這場人類改變認(rèn)識自然方式的革命中。

我們經(jīng)常聽到不同的對量子計算機(jī)的語言，我們認(rèn)為量子計算機(jī)可以改變?nèi)祟愓J(rèn)識自然的方式，如果將來大量用量子計算機(jī)，確實會有非常革命性的顛覆式的變化，但是它不會取代經(jīng)典計算機(jī)，至少目前看來，很多實現(xiàn)條件都太苛刻而且昂貴。但是截止到目前，看不到任何本質(zhì)上的跨不過的坎，所有問題都在工程工藝上?，F(xiàn)在各國都在投入，也有很多公司加入，我相信這些力量一定會推動量子計算機(jī)最終實現(xiàn)。所以總的來說，前途是很光明的，但是道路是很曲折的。這里我覺得要避免兩個極端，在短期來說，可能不會 6 個月或者一兩年就能造出一個大型的量子計算機(jī)，解決一個不得了的問題；這個事情沒有那么簡單，比公眾想象的更加困難。但是長期來看也不應(yīng)該那么悲觀，有人覺得十年甚至五十年也做不出來什么，我覺得太悲觀了?？萍嫉陌l(fā)展突破有時候難以預(yù)料，而且關(guān)鍵環(huán)節(jié)一旦突破，發(fā)展會非常迅速。

剛才主持人也介紹了，騰訊準(zhǔn)備啟動量子實驗室，我們希望招聘到跟量子相關(guān)的算法、復(fù)雜性、通訊、模擬、量子物理、量子化學(xué)等等各方面的人才。

另外我們也很看重量子力學(xué)和人工智能的結(jié)合?？赡苡幸恍奈锢碇羞^來的想法，這些想法是完全可以實現(xiàn)在經(jīng)典量子計算機(jī)上，如果有人喜歡做 AI、喜歡做機(jī)器學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)問題，但是又想多一些理解和多一些本質(zhì)性的突破，也希望加入我們，大家一起來研究探討這個問題。

最后是我們的聯(lián)系方式。謝謝大家！

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