ChatGPT火爆出圈后,，已數(shù)度出現(xiàn)訪問量激增導(dǎo)致云算力不足而宕機(jī)的情況。隨著更多生成式AI的落地,，以及模型參數(shù)的不斷增加,，人類對算力的需求預(yù)計將以每五到六個月翻一倍的速度“失速”增長。而隨著摩爾定律逼近物理極限,，傳統(tǒng)計算機(jī)的算力提升空間已所剩不多,，人類迫切需要尋求到全新架構(gòu)的計算方式。
3月30日,，在廣州舉辦的《財富》全球科技論壇上,，《財富》上海執(zhí)行主編王昉與三位算力科學(xué)家對話，探討了量子計算,、光子計算等未來計算力的發(fā)展趨勢,、商業(yè)前景，以及如何確保算力“向善”,。這三位科學(xué)家分別是：上海交通大學(xué)教授,、圖靈量子創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官金賢敏；中國計算機(jī)學(xué)會量子計算專業(yè)組副主任,、本源量子總經(jīng)理張輝,；曦智科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官孟懷宇,。以下為編輯后的對話實(shí)錄。
王昉：先給大家出一道題目,，523乘以597等于多少,？如果大家拿出手機(jī)，就可以很快算出答案：312,231,。但是反過來,，已知312,231，請你倒推出它是哪兩個質(zhì)數(shù)的乘積呢,？就難了很多,。再進(jìn)一步，假如給你一個今天互聯(lián)網(wǎng)上通用的2048位的密鑰,，要推導(dǎo)出它由哪兩個質(zhì)數(shù)相乘而得,，一臺傳統(tǒng)計算機(jī)需要算上1萬億年，但假如用一臺量子計算機(jī),，大約幾個小時就能算出來了,。張輝博士，您是研究量子計算的,，很多年錦衣夜行,，突然之間這個領(lǐng)域爆發(fā)了，能否跟我們講講,，為什么量子計算可以實(shí)現(xiàn)指數(shù)級的算力的提高,？
張輝：我們今天用的手機(jī)、電腦和超算使用的運(yùn)算物理載體都是晶體管,。晶體管的工作原理就像三峽大壩,，有個開關(guān)，控制電流的通和不通,。但是今天這樣的結(jié)構(gòu)面臨一個巨大挑戰(zhàn)——晶體管已經(jīng)做到5納米,、3納米了，而1納米就是10個原子的厚度,，大家可以想象,，這就仿佛這個大壩越做越薄，如果它做到比一張紙還薄幾百倍,、幾千倍,，水就會滲過去。在微觀體系下確實(shí)是這樣,，電子可能會穿過這個開關(guān),。所以經(jīng)典計算機(jī)正面臨著“后摩爾時代”，原來每18個月晶體管縮小1倍，現(xiàn)在這樣的路徑走下去非常困難,，人類一定要尋找下一代更強(qiáng)的算力,。
與傳統(tǒng)計算機(jī)建大壩不同，量子計算不再建大壩,，不再做晶體管,，而是把計算需要的比特信息0、1編譯在電子上或者原子上,，比如說編譯在電子的自旋上,。大家可以想象，電子就像我們的地球一樣在自轉(zhuǎn),，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)分別表示0和1，但是大家如果觀察地球儀,，把兩個卡點(diǎn)去掉,，它就不僅可以左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，還可以上轉(zhuǎn),、下轉(zhuǎn)或者各種角度轉(zhuǎn),，這就是量子里的疊加效應(yīng)。也就是說,，經(jīng)典計算機(jī)的晶體管只能表示0或者1,，是確定態(tài)的，但量子的比特可以處在0到1之間的疊加狀態(tài),，這就使得它表達(dá)的信息量大很多,。我們經(jīng)常打比方，經(jīng)典計算機(jī)就像一個傳統(tǒng)的開關(guān),，控制燈亮和不亮,，只有這兩種狀態(tài)，量子計算機(jī)就像一個旋鈕開關(guān),，它不僅能控制開和關(guān),，還能調(diào)節(jié)不同的亮度。當(dāng)我們利用這個量子疊加效應(yīng)去做我們的計算工具時,，就可以從編碼上實(shí)現(xiàn)天然的并行運(yùn)算,，這使得量子計算處理數(shù)據(jù)的能力非常強(qiáng)。
王昉：本源量子最近發(fā)布的“悟空”量子計算機(jī),，搭載了72個物理比特,。目前全球最領(lǐng)先的IBM搭載了433個物理比特。這些比特的數(shù)量決定了計力,？
張輝：對,。悟空搭載了72個比特，也就是說，我們能控制72個電子或者72個原子,。當(dāng)這些電子或原子并行處理時,，一次能處理的數(shù)據(jù)量大概是2的72次方，非常驚人,。經(jīng)典計算機(jī)可能要串行的2的72次方的處理,，量子芯片只要幾步就能完成，這就是量子計算帶來的非常驚人的變化,。
王昉：假如說比特數(shù)量增加到73個,，那就是2的73次方？
張輝：對,，每多一個比特,，它的計算曾經(jīng)就會提升一倍。這個指數(shù)的威力是非常強(qiáng)大的,。
王昉：要破解我剛才說的2048位的密鑰,，大概需要一臺什么樣的量子計算機(jī)？
張輝：理論上說,，需要大概2000萬個物理比特的規(guī)模,。我們現(xiàn)在才幾十個，所以還有一段很長的路要走,，所以現(xiàn)在的量子計算大概處于傳統(tǒng)計算機(jī)的電子管時代,。
王昉：最近很熱的ChatGPT回答問題的能力已經(jīng)非常驚人，但有時我們也能感覺到延遲,，甚至宕機(jī),。當(dāng)ChatGPT與量子計算相遇，它會有什么更驚人的表現(xiàn),？
金賢敏：不只是延遲的問題,，目前大模型只是應(yīng)用于一些方向，比如說聊天機(jī)器人,。未來它將被運(yùn)用到各種場景,，而且數(shù)據(jù)更新后還需要重新訓(xùn)練，碰到的限制還是很多的,，有多少公司有這個資金去做這個訓(xùn)練,？微軟CEO說ChatGPT是一場工業(yè)革命級別的創(chuàng)新，但工業(yè)革命的定義是非常高的,，哪怕互聯(lián)網(wǎng)都不太被認(rèn)為是第三次工業(yè)革命,，那ChatGPT就意味著第四次工業(yè)革命？我覺得僅靠大模型,、暴力美學(xué)肯定不行,，需要一種算力去與它結(jié)合，才能讓它暴發(fā)出真正的威力。
剛才張輝講到,，摩爾定律基本上已經(jīng)走向終結(jié),，不僅算力跟不上，成本也降不下去,，物理局限已經(jīng)到來,。人類需要通過一種新型架構(gòu)的計算，換一種方式去繼續(xù)推進(jìn)算力,，不能像現(xiàn)在的成本這么高,，要相對廉價，然后和ChatGPT這種暴力美學(xué)的大模型結(jié)合起來,，我感覺這就夠一場工業(yè)革命級別了,。
王昉：量子計算其實(shí)是有不同的技術(shù)路徑的，能否簡單介紹一下目前最主流的幾種,？
金賢敏：技術(shù)路徑包括原子,、離子、超導(dǎo),、光量子等等，有幾十種,，但現(xiàn)在基本上已經(jīng)收縮到三大主流方向：光量子,、超導(dǎo)和離子阱。它們各有各的特點(diǎn),，目前在專用處理器上都有發(fā)揮作用的空間,，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化公司和投資也基本上集中在這三個主流方向。要操控量子極具挑戰(zhàn)性,，量子革命就是以能夠去馴服并操控每一個粒子或者每一個單元為典型特色的,。光量子、超導(dǎo)和離子阱相對比較容易馴服,，其他不好用的,，就慢慢被淘汰了。
王昉：所以說,，量子計算機(jī)不僅僅要研究清楚量子是怎么工作的,，它更多是一個工程問題，也就是要創(chuàng)造出一個幾乎完美的環(huán)境,，讓量子受到最少的干擾,，這些干擾包括溫度、濕度,、輕微的振動,、電磁波等。
金賢敏：是的，這樣才能去馴服它們,。
王昉：我們今天討論的主題是未來計算力,，不僅僅是量子計算。在計算力的推進(jìn)上,，兄弟登山,，各自努力，傳統(tǒng)計算機(jī)也在不斷地迭代,。比如曦智科技的光芯片,，是介于傳統(tǒng)芯片和量子芯片之間的一個技術(shù)路徑，對嗎,？
孟懷宇：我先稍微解釋一下光子計算的概念,，它要比量子計算更接近現(xiàn)實(shí)應(yīng)用一些。一個比較好的比方是我們戴的眼鏡或者攝像機(jī)的鏡頭,，假如說你有近視,，如果不戴眼鏡，你看這個世界是模糊的,，戴上眼鏡后,，世界就變清晰了，這是因?yàn)檠坨R對你眼前的光信號產(chǎn)生了一系列的運(yùn)算,，使得它變得更清晰,。這其實(shí)就是光子計算的原理。當(dāng)然,，眼鏡不可編程,，只能做一件事情，而光子計算的硬件底層必須是可編程的,，這樣才能夠使得它適合做各種各樣的事情,。
王昉：未來計算力將會重塑各行各業(yè)。比如有人說,，未來的量子計算可以幫助普通人在全球各大股市中挑選股票,，或者預(yù)測蛋白結(jié)構(gòu)，大大加速制藥過程,，還能模擬新材料,，用來捕捉大氣中的二氧化碳。本源量子是全球第三家投產(chǎn)工程化量子計算機(jī)的廠商,，“悟空”現(xiàn)在用在什么領(lǐng)域,？
張輝：首先，各個國家會把尖端科技首先放在軍事上,，這是大家不計代價會去研究的?，F(xiàn)在“悟空”還是用于民用,，比如用在金融行業(yè)，這里有特別大的數(shù)據(jù)量要處理,，有優(yōu)化組合問題,、快速檢索問題。還有人工智能,、機(jī)器深度學(xué)習(xí)等都是量子計算機(jī)特別擅長的,。還有你說到的模擬分子、原子的過程,，未來可以用在新藥,、新材料的研制中。比如說制藥行業(yè),，中國古代講煉丹師,，我們憑著經(jīng)驗(yàn)去合成，在小白鼠,、大型動物,、人體上進(jìn)行一期、二期,，一個新藥的研制需要數(shù)十年時間,，到最后還不一定成功，代價非常大,。未來如果我們有一個很先進(jìn)的工具去大大縮短這個過程,，可能只需幾周時間就能幫我們找到最優(yōu)解，最后完成一些人體的臨床實(shí)驗(yàn)就可以,，這就完全可以顛覆這個行業(yè)。
王昉：您提到的這個場景大概多少年之后能夠發(fā)生,？
張輝：大家春節(jié)期間有沒有看過《流浪地球2》,？我覺得它里面的時間軸還是比較有科學(xué)依據(jù)的，大概在二零四幾年,，還是比較現(xiàn)實(shí)的,，確實(shí)還需要十幾二十年的時間。
王昉：有一個說法是,，現(xiàn)在的量子計算機(jī)可以把一件非常專業(yè)的事情干得非常好,，打個比方，下五子棋可以下得很好,，打敗一切人類,，但是在通用的事情上做得不夠好，比不上任何一臺傳統(tǒng)計算機(jī),。能否解釋一下專用和通用之間的區(qū)別,？
張輝：未來五到十年,，是專用量子計算機(jī)的時代。現(xiàn)在的量子計算機(jī)還不能解決糾錯容錯的問題,。經(jīng)典計算機(jī)里的晶體管也會出錯,，在我們給它糾錯容錯之后，它能成為一個通用的機(jī)器,，能解各種問題,。在量子計算機(jī)領(lǐng)域，我們現(xiàn)在只能是用一些含噪聲的,、中等規(guī)模,，大概在幾百個、幾千個比特的規(guī)模的量子計算機(jī)來解一些問題,，這個時代可能會延遲到未來的五到十年,。所以這五到十年里，專用的量子計算機(jī)就像經(jīng)典計算機(jī)的一個加速器,，某些特定的量子計算機(jī)特別擅長的問題,，就交給量子計算機(jī)去處理。就像今天的GPU,、人工智能專用芯片一樣,，都是用來輔助經(jīng)典計算機(jī)的，加速解決實(shí)際問題,。
王昉：我們現(xiàn)在經(jīng)常會說,，某一個行業(yè)迎來了它的“iPhone moment（iPhone時刻）”。距離量子計算的iPhone moment——它深入到千家萬戶,，成為我們每個人手里的一個通用型的計算機(jī)——還有很長一段時間?，F(xiàn)在業(yè)界普遍使用的仍然是傳統(tǒng)計算機(jī)的硬件軟件，要讓各行各業(yè)轉(zhuǎn)向量子計算去尋求算力,，這需要一整個生態(tài)的建立吧,？
金賢敏：是的。短期內(nèi),，比如說五到十年,，專用量子計算機(jī)可以在難解問題上去協(xié)同傳統(tǒng)計算機(jī)，起到加速器的作用,，這是一方面,。另一方面就是你剛才說的生態(tài)。現(xiàn)在國產(chǎn)芯片,，包括GPU在內(nèi),，做出來以后別人不用，就是因?yàn)榇蠹以谲浖鷳B(tài)上已經(jīng)形成習(xí)慣,。圖靈的光量子處理器非常重視能夠協(xié)同進(jìn)去,，同時慢慢建立軟硬一體的軟件算法庫,、軟件堆棧，慢慢地從協(xié)同到發(fā)揮巨大作用,，到形成大家使用的方便性,，最后才能讓大家都慢慢用起來。否則即使爆點(diǎn)已經(jīng)產(chǎn)生,，但是別人不愿意用我們的,，我們以前也吃過很多這樣的虧。從國家層面來說,，早期的布局非常重要,。
王昉：曦智的光芯片技術(shù)比較成熟，落地場景是不是離我們近一些,？
孟懷宇：我可以介紹一下我們近兩年來已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一個應(yīng)用場景,。回到眼鏡的比喻,，可以想象一下,，當(dāng)我們眼鏡前的圖像發(fā)生變化，眼鏡后的結(jié)果也會瞬間發(fā)生變化,，這個計算所要消耗的時間很好理解,，就是光穿越這段距離的時間。剛才提到的難解問題,，有一種解法,，就是用一個矩陣不停地轉(zhuǎn)，這種轉(zhuǎn)是連續(xù)性的,，前一個矩陣的結(jié)果經(jīng)過處理之后,，被喂到下一個矩陣的起始點(diǎn)，這樣使得計算無法被并行,，必須連續(xù)轉(zhuǎn),，光子計算對于這樣的解法來說就是特別好的匹配，因?yàn)槲覀兠看无D(zhuǎn)的時間特別快,，假如解一個問題要轉(zhuǎn)5000次、10000次,，每次節(jié)省的時間加起來就非?？捎^了。比如說,，去年,，在一個特定問題——我們稱為“伊辛問題（Ising）”上，曦智的PACE光子計算處理器的速度達(dá)到了當(dāng)時最強(qiáng)的GPU的800倍,。
王昉：剛才有一位聽眾問到量子計算與隱私計算之間的關(guān)系,。有很多人擔(dān)心,，在量子計算可以帶來真正的“善”——比方說研制新藥、緩解氣候變化之前,，它能更早更快地被用來“作惡”,，比如攻擊互聯(lián)網(wǎng)賴以存在的加密系統(tǒng)。您怎么看,？
張輝：大家是否還記得一上來主持人給出的質(zhì)數(shù)分解題,？今天我們80%-90%的加密技術(shù)都是基于質(zhì)數(shù)分解。編譯密碼的人很清楚兩個數(shù)乘起來的結(jié)果,，但是要倒推出它是哪兩個數(shù)乘起來的,，暴力破解很困難，而量子計算機(jī)解決這類問題有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,。但不要忘記,，這些尖端的科技，包括經(jīng)典計算機(jī),，最早都是用來破譯密碼,、計算導(dǎo)彈軌跡的，量子計算對現(xiàn)有的密碼體系也可以形成一個致命的打擊,。這個信息安全問題已經(jīng)受到了中美一些大國高度的關(guān)注,。但是我剛才說了，要破解現(xiàn)在1000多位或者2000多位的密碼,，還需要十年二十年時間,，所以目前大家的銀行卡、互聯(lián)網(wǎng)賬號相對還是安全的,。
王昉：前幾天馬斯克和上千位科學(xué)家一起寫了一封公開信,，試圖叫停ChatGPT的繼續(xù)升級，體現(xiàn)出人類對于呼嘯而來的人工智能技術(shù)的警覺,。在座各位會不會對算力的狂飆突進(jìn)也有自己的警覺意識,？如果算力跑得很快，我們是不是要給它也劃定一個跑道,，確保它最終符合人類利益,？
金賢敏：不像基因編輯可能帶來很多負(fù)面的東西，算力提升本身沒有什么負(fù)面影響,。我覺得人類文明,、地球資源的使用都是有一定時限的，我們應(yīng)該不停地在整個人類層面中推動科技的進(jìn)步,，使得我們最后能夠不斷進(jìn)步,，甚至變成非單一行星的、更厲害的文明,，不然文明用完了以后,、資源用完了以后,，我們就只能局限在這個地方。我覺得科技進(jìn)步是不應(yīng)該阻攔的,。
孟懷宇：我認(rèn)為技術(shù)本身是中性的,。今天的很多科技最早都是冷戰(zhàn)期間作為武器研究發(fā)現(xiàn)的，最后大家都發(fā)現(xiàn)了它們對生活產(chǎn)生正向影響的應(yīng)用場景,。我覺得技術(shù)可以繼續(xù)狂飆,，我相信人類的智慧。
張輝：我覺得人類的科技整體是向善的,，因?yàn)樽詈玫募夹g(shù)一定掌握在希望可以更好的服務(wù)人類的方向上,。
王昉：有一個說法，在工業(yè)革命時代,，馬力就是國力,，在信息時代，算力就是國力,。三位科學(xué)家正在算力的前沿上努力奔跑,，謝謝你們的精彩分享。（財富中文網(wǎng)）
編輯：王昉
