來源:北京商報(bào)
2023-05-30 22:06:46
AI“奇點(diǎn)”臨近,摩爾定律持續(xù)幾年的失效爭議突然銷聲匿跡,在技術(shù)的大潮下,人們仿佛達(dá)成了某種高度的默契。替代摩爾定律的是一條業(yè)內(nèi)流傳的AI算力增長曲線,曲線顯示,大約每隔4個月,AI的計(jì)算需求就會翻倍,緊接著,算力缺口的探討逐漸升溫。
正在召開的2023中關(guān)村論壇上,北京量子院正式發(fā)布“Quafu”量子計(jì)算云平臺,最多可同時操控136個量子比特的屬性,讓“Quafu”成為國內(nèi)規(guī)模最大、單芯片比特?cái)?shù)最早的云平臺。而在云平臺發(fā)布的十天前,量子計(jì)算初創(chuàng)公司玻色量子剛剛發(fā)布100量子比特相干光量子計(jì)算機(jī),取名“天工量子大腦”。
人工智能和量子計(jì)算,在算力的“撮合”下,交匯出了巨大的想象空間——量子計(jì)算是否會成為人工智能時代算力的終極解決辦法?
(資料圖)
當(dāng)量子計(jì)算上云
2023中關(guān)村論壇前沿信息科技展臺量子信息展區(qū),將“C位”留給了量子計(jì)算云平臺。
“這里顯示的是比特?cái)?shù),有10比特、18比特、136比特三種可以選擇。”展臺前,北京量子院量子計(jì)算云平臺團(tuán)隊(duì)博士后楊智鵬不時要為有興趣的觀眾展示云平臺的操作過程,不同于實(shí)驗(yàn)室里復(fù)雜的操作,在這里,他只需要連上網(wǎng),點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)就夠了。
“Quafu”團(tuán)隊(duì)創(chuàng)始成員、北京量子信息科學(xué)研究院博士后王正安解釋稱,在實(shí)際情況中,超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)是一套非常復(fù)雜的機(jī)器,在使用上有很多具體的問題要解決?!氨热缭谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前,需要將整套設(shè)備校準(zhǔn)到一個比較良好的運(yùn)行狀態(tài),這個過程可能就需要幾天甚至幾個月的時間。而一段時間之后,由于環(huán)境的噪聲影響,它的狀態(tài)會逐漸變差,最后到達(dá)不可用的狀態(tài),這時就要重新校準(zhǔn)。此外我們在超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的操控、量子程序的編譯、錯誤的矯正等方面都做了非常多工作?!彼硎尽?/p>
“最關(guān)鍵的是,只有設(shè)備還不夠,需要專業(yè)的人員去操作,這其中涉及到很多專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)性的東西,這樣的人才在國內(nèi)也很稀缺。”王正安稱,把量子計(jì)算機(jī)復(fù)雜的各個基礎(chǔ)部分做好,讓更多有需要的人只通過簡單的操作就能使用,也是云平臺項(xiàng)目成立的初衷之一。
楊智鵬介紹:“量子計(jì)算云平臺意味著用戶只需要通過網(wǎng)絡(luò)連接我們的服務(wù)器,服務(wù)器就可以調(diào)用量子計(jì)算的設(shè)備,再返回相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果,這樣研究者們就可以更方便地利用量子計(jì)算的資源去研究他們的問題?!?/p>
目前“Quafu”量子計(jì)算云平臺已對用戶開放測試,只需要注冊賬號就能免費(fèi)使用。據(jù)悉,云平臺的注冊用戶數(shù)已經(jīng)超過了2000人,包括高校、研究單位、企業(yè)以及愛好者等。
簡化操作背后,更實(shí)際的問題還是成本。據(jù)了解,量子芯片需要的低溫環(huán)境以及配套的測控設(shè)備價(jià)格不菲,以云平臺的方式共享量子資源,提供研究手段,就是一個比較簡單的解決高成本的方式。
在王正安看來,對于公眾,云平臺主要起到的是引導(dǎo)作用,通過提供量子真機(jī),讓人們對量子計(jì)算有更真實(shí)的感受和體驗(yàn);而對于科研院所、高校和企業(yè)中的科研人員,云平臺則是一個合作角色,可以提供量子資源,助力有關(guān)量子計(jì)算的科學(xué)研究?!斑@兩部分相輔相成,量子計(jì)算的生態(tài)才能逐漸壯大。”
從不避諱談“錢”
生態(tài)是一個信號。當(dāng)一項(xiàng)技術(shù)開始走出實(shí)驗(yàn)室談生態(tài)的時候,距離真正的應(yīng)用可能就不再是一件遙不可及的事情了。量子計(jì)算也需要“下凡”,賦能行業(yè)的可能性直線拉升。
量子計(jì)算蘊(yùn)藏著驚人的潛力。不同于經(jīng)典計(jì)算中,總是處于0或1確定狀態(tài)的二進(jìn)制模式,量子計(jì)算不僅能夠包含0和1,還能包含0和1同時存在的疊加態(tài),這也意味著一個有n個量子比特的量子計(jì)算機(jī),可以同時處于2的n次方種可能,算力呈現(xiàn)指數(shù)級別的增長。
目前量子計(jì)算技術(shù)路線呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢,主要的技術(shù)路徑包括超導(dǎo)、離子阱及光量子等,在超導(dǎo)方面,布局者主要是IBM、谷歌、英特爾以及國內(nèi)的本源量子、國盾量子等,離子阱路線則包括霍尼韋爾以及國內(nèi)的啟科量子等。
玻色量子選擇更“相信光”。據(jù)介紹,玻色量子自研的“天工量子大腦”具有100個計(jì)算量子比特,已達(dá)國際領(lǐng)先水平,經(jīng)過數(shù)十個實(shí)際案例的測試驗(yàn)證,其求解速度比經(jīng)典優(yōu)化算法平均加速超過100倍,平均求解結(jié)果也優(yōu)于經(jīng)典算法120%。
同時,“天工量子大腦”也實(shí)現(xiàn)了上百規(guī)模光量子之間的“全連接”控制,具備完整的可編程能力,即對應(yīng)不同的應(yīng)用場景和不同算法,硬件無需修改,完全通過軟件配置即可實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展、可編程。玻色量子副總裁陳亮認(rèn)為,這是量子計(jì)算從理論量子優(yōu)勢向?qū)嵱昧孔觾?yōu)勢發(fā)展的重要里程碑。
陳亮列舉出了光量子路線的諸多優(yōu)勢,包括相干時間長、抗外界干擾能力強(qiáng)、量子比特?cái)?shù)更易于實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模化等,但最根本的原因還在于光量子路線在商業(yè)化方面的可行性。
比如不需要絕對零度附近的超低溫超導(dǎo)環(huán)境,在室溫下即可運(yùn)行的條件大大降低了成本,該路線的設(shè)備也可以升級復(fù)用現(xiàn)有的半導(dǎo)體和光學(xué)通信設(shè)備生產(chǎn)線,無需構(gòu)建新的生產(chǎn)線和加工流程,極大地降低了商業(yè)化門檻。
在交流的過程中,陳亮從不避諱“錢”的問題,他直言,玻色量子更強(qiáng)調(diào)的就是“實(shí)用型”光量子計(jì)算平臺研發(fā)和商業(yè)應(yīng)用落地,也就是做“實(shí)用化,能用且有用”的量子計(jì)算機(jī),光量子路線的選擇,同樣是出于這樣的考量。
但對整個量子計(jì)算領(lǐng)域來說,真正商業(yè)化的到來或許還沒那么快。王正安提到,一旦利用好量子疊加和糾纏帶來的并行計(jì)算能力,經(jīng)典計(jì)算機(jī)將完全無法比擬。但是能夠充分發(fā)揮這種量子算力的算法目前還非常少,能解決的實(shí)際問題在現(xiàn)在看來也十分有限。
“而在實(shí)驗(yàn)層面的難點(diǎn)則在于量子態(tài)非常脆弱,要實(shí)現(xiàn)容錯的量子計(jì)算需要足夠的操控精度以及大量冗余的量子比特進(jìn)行糾錯?!蓖跽脖硎?,因此大規(guī)模量子比特的集成以及其計(jì)算保真度的提升是量子計(jì)算的主要目標(biāo)。
誰是量子屆的英特爾
量子計(jì)算蘊(yùn)含的巨大潛力也與當(dāng)下人工智能競賽引發(fā)的“算力荒”形成了閉環(huán)。今年4月,因需求量過大,ChatGPT Plus銷售一度暫停,計(jì)算資源供不應(yīng)求的討論瞬間被引爆。
OpenAI的報(bào)告曾顯示,訓(xùn)練一次1746億參數(shù)的GPT-3模型需要的算力約3640PFlop/s-day,即假如每秒計(jì)算一千萬億次,也需要計(jì)算3640天,對應(yīng)訓(xùn)練成本超過1200萬美元,而歷經(jīng)GPT-1、GPT-2、GPT-3三次迭代的GPT-3.5模型,參數(shù)量已從1.17億增至1750億,預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)量從5GB增至45TB。
國內(nèi)也是如此,人工智能大模型點(diǎn)燃算力爆點(diǎn)之前,包括自動駕駛、元宇宙等領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)就已經(jīng)對算力提出了更高的要求。信通院的數(shù)據(jù)顯示,2016-2021年間,我國算力規(guī)模平均每年增長46%,截至目前,以計(jì)算機(jī)為代表的算力產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到2.6萬億元,直接帶動經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出2.2萬億元。
公開資料顯示,當(dāng)前算力已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心生產(chǎn)力,數(shù)據(jù)和應(yīng)用的多樣性驅(qū)動不同計(jì)算架構(gòu)齊頭并進(jìn)。ARM、RISC-V等通用計(jì)算技術(shù)路線全面迸發(fā), GPU、NPU、DPU等異構(gòu)智算平臺繁榮發(fā)展,算力的多樣性特征已廣為顯現(xiàn)。
量子計(jì)算或許會成為破解算力荒的重要一環(huán)。今年2月,華安證券的一份研報(bào)顯示,ChatGPT帶來大模型時代變革,算力與網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)成為剛需。量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。相較經(jīng)典計(jì)算機(jī)算力呈指數(shù)級爆發(fā)式增長。目前量子計(jì)算機(jī)已被證明在特定計(jì)算任務(wù)上具備指數(shù)加速能力,即實(shí)現(xiàn)所謂的“量子霸權(quán)”。
王正安也表示,量子計(jì)算和人工智能的結(jié)合是目前量子計(jì)算領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,因?yàn)槿斯ぶ悄芡黄破款i很可能需要借助量子計(jì)算提供的超越經(jīng)典方式的計(jì)算能力。
“算力之于人工智能時代,就好比土地之于農(nóng)耕時代、石油之于內(nèi)燃機(jī)時代,未來的技術(shù)之爭少不了算力之爭,而量子計(jì)算能為算力帶來飛躍式的提升,是人工智能競爭的核心資源之一?!敝锌苿?chuàng)星創(chuàng)始合伙人米磊判斷,一旦量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)突破,脫穎而出的量子計(jì)算企業(yè)市值對標(biāo)的就是當(dāng)下的英特爾、英偉達(dá)等公司。
中科創(chuàng)星也密切關(guān)注量子科技領(lǐng)域的前沿技術(shù),投資了本源量子和中科酷原兩家量子計(jì)算領(lǐng)域公司。其中本源量子是中國第一家量子計(jì)算公司,也是中國首個研發(fā)出工程化超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的公司。
但是從技術(shù)發(fā)展階段上看,量子技術(shù)領(lǐng)域仍處于萌芽階段。米磊認(rèn)為,投資量子技術(shù)就要有耐心,以十年為周期布局,做長期奮戰(zhàn)的打算。目前,我國在量子科技方面的專利數(shù)量、質(zhì)量較歐美國家還有差距,仍需國內(nèi)一些機(jī)構(gòu)和企業(yè)持續(xù)投資這一領(lǐng)域。
王正安提到,從目前的趨勢來看,量子計(jì)算需要和經(jīng)典計(jì)算手段共同發(fā)展。也就是說,量子計(jì)算在未來較長的時間內(nèi)可能先作為一種協(xié)助經(jīng)典計(jì)算的手段出現(xiàn),即所謂的量子協(xié)處理器。之后才會出現(xiàn)純量子的“殺手锏”應(yīng)用,這時是量子計(jì)算作為主導(dǎo)地位,經(jīng)典手段是輔助。
(文章來源:北京商報(bào))
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