量子技術(shù)與AI的碰撞會發(fā)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)

（文章來源：極客公園）

當(dāng)我展望未來，并且談及如何推動進步時，量子技術(shù)會是我們武器庫中的一把利器。Alphabet CEO Sundar Pichai 在 2020 年世界經(jīng)濟論壇年會上說道。

通過量子技術(shù)，我們可以保持摩爾定律這樣的理論往前迭代和發(fā)展。潛力是巨大的，當(dāng)然也有挑戰(zhàn)。量子計算將在未來 5-10 年間打破傳統(tǒng)的加密技術(shù)，這意味著量子加密技術(shù)將成為必需。隨著技術(shù)的推演，我認(rèn)為人工智能和量子技術(shù)的結(jié)合將幫助我們解決我們所遇到的最嚴(yán)峻的問題。

量子計算和人工智能早已經(jīng)是各自領(lǐng)域炙手可熱的研究話題。在許多復(fù)雜的科學(xué)問題上，比如癌癥檢測、預(yù)測地震余震、極端天氣，探索新系外行星等等，我們已經(jīng)可以看見機器學(xué)習(xí)逐漸顯露的優(yōu)勢。

量子計算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進行計算的新型計算模式，它的處理效率要大大快于傳統(tǒng)的通用計算機。谷歌曾經(jīng)在 2019 年宣布實現(xiàn)量子優(yōu)越性（Quantum Supremacy），谷歌設(shè)計了一個實驗問題，在 53 量子比特的量子計算機上破解只需要 200 秒，而用全球最強大的超級計算機 Summit 則需要一萬年。

二者的結(jié)合會爆發(fā)怎樣的潛力？機器學(xué)習(xí)技術(shù)的進步有賴于計算能力的提高，量子計算機的計算能力肯定比現(xiàn)有計算機強太多，它必然能推動機器學(xué)習(xí)的發(fā)展，這就好比，一個腦子轉(zhuǎn)得很快、更聰明的人比一個反應(yīng)慢的人處理問題更快更好。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院量子信息重點實驗室研究員韓正甫接受科技日報采訪時說道。

反過來，當(dāng)量子計算機逐漸推向大眾視野時，也需要更加智能的機器學(xué)習(xí)算法來適配。然而迄今為止，我們還缺乏有效的研究工具能夠發(fā)現(xiàn)有用的量子機器學(xué)習(xí)模型（能夠處理量子數(shù)據(jù)，并在如今可用的量子計算機上執(zhí)行處理任務(wù)），Google AI 博客中寫道。

距離 Sundar Pichai 參加世界經(jīng)濟論壇年會一個月之后，Google 把這件事正經(jīng)地搬上了牌桌。當(dāng)?shù)貢r間 3 月 9 日，谷歌宣布聯(lián)合滑鐵盧大學(xué)、大眾汽車、Google X 推出 TensorFlow Quantum（TFQ）——用于快速建立量子機器學(xué)習(xí)模型原型的開源庫。換句話說，TFQ 是一項軟件框架，在此之上，研究者可以更加容易地建立量子機器學(xué)習(xí)應(yīng)用。

目前，TFQ 主要面向在經(jīng)典量子電路模擬器上執(zhí)行量子電路，未來 TFQ 將能夠在 Cirq 支持的實際量子處理器（包括谷歌自己的 Sycamore 量子芯片）上執(zhí)行量子電路。熟悉人工智能的人對 TensorFlow 不會陌生，作為全球最流行的機器學(xué)習(xí)開源框架，簡化了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提供可重復(fù)代碼，使得訓(xùn)練復(fù)雜模型變得更簡單和方便。量子版 TensorFlow又能做到什么？

根據(jù) Google AI 博客的介紹，TFQ 提供了結(jié)合量子計算和機器學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域的必要工具，以控制和建模自然或人工量子力學(xué)系統(tǒng)，例如 NISQ（嘈雜中型量子）算法，具有約 50-100 量子比特。底層是 TFQ 將 Cirq（專門為 NISQ 打造的 Python 開源庫，讓 NISQ 的編寫、操作和優(yōu)化變得更加容易）與 TensorFlow 集成，并提供兼容現(xiàn)有 TensorFlow API 的量子計算基元和高性能量子電路模擬器，并為判別式（(Discriminative model）和生成式（Generative model）量子經(jīng)典模型的設(shè)計和實現(xiàn)提供高級抽象。

我們希望最終發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生量子優(yōu)勢的新的量子算法。TFQ 白皮書中寫道。在谷歌量子優(yōu)越性吹起了戰(zhàn)斗的號角之后，微軟，亞馬遜都紛紛入局量子計算這一領(lǐng)域。幾天前口罩生產(chǎn)商霍尼韋爾宣布將在未來三月內(nèi)發(fā)布量子體積（Quantum Volume）最大的量子計算機，量子體積至少為 64。

極客公園此前報道過，業(yè)界普遍認(rèn)為，要達到類似目前傳統(tǒng)計算機的通用計算形式，量子計算至少需要能控制 100 萬量子比特。挑戰(zhàn)在于，量子比特不像比特那樣容易控制，維持其較脆弱的狀態(tài)相當(dāng)難，同時也要控制量子比特增加帶來的「噪音」問題。但是這不耽誤，人們已經(jīng)開始勾畫對未來的無限想象。通過量子計算，人們能夠更好地了解分子和原子的運作方式，隨著量子計算的發(fā)展，傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)中不可計算的問題將變成可能，量子機器學(xué)習(xí)模型將在金融安全，醫(yī)學(xué)治療，傳感通訊等等領(lǐng)域大有作為。
（責(zé)任編輯：fqj）