ChatGPT火爆出圈后，已數(shù)度出現(xiàn)訪問(wèn)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(duì)算力的需求預(yù)計(jì)將以每五到六個(gè)月翻一倍的速度“失速”增長(zhǎng)。而隨著摩爾定律逼近物理極限，傳統(tǒng)計(jì)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(jì)算方式。

3月30日，在廣州舉辦的《財(cái)富》全球科技論壇上，《財(cái)富》上海執(zhí)行主編王昉與三位算力科學(xué)家對(duì)話，探討了量子計(jì)算、光子計(jì)算等未來(lái)計(jì)算力的發(fā)展趨勢(shì)、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(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)量子計(jì)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(duì)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(guò)來(lái)，已知312,231，請(qǐng)你倒推出它是哪兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積呢？就難了很多。再進(jìn)一步，假如給你一個(gè)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(gè)質(zhì)數(shù)相乘而得，一臺(tái)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要算上1萬(wàn)億年，但假如用一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，大約幾個(gè)小時(shí)就能算出來(lái)了。張輝博士，您是研究量子計(jì)算的，很多年錦衣夜行，突然之間這個(gè)領(lǐng)域爆發(fā)了，能否跟我們講講，為什么量子計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)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(gè)開(kāi)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(gè)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(gè)原子的厚度，大家可以想象，這就仿佛這個(gè)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(huì)滲過(guò)去。在微觀體系下確實(shí)是這樣，電子可能會(huì)穿過(guò)這個(gè)開(kāi)關(guān)。所以經(jīng)典計(jì)算機(jī)正面臨著“后摩爾時(shí)代”，原來(lái)每18個(gè)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(jì)算機(jī)建大壩不同，量子計(jì)算不再建大壩，不再做晶體管，而是把計(jì)算需要的比特信息0、1編譯在電子上或者原子上，比如說(shuō)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(gè)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(shuō)，經(jīng)典計(jì)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(jì)算機(jī)就像一個(gè)傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，控制燈亮和不亮，只有這兩種狀態(tài)，量子計(jì)算機(jī)就像一個(gè)旋鈕開(kāi)關(guān)，它不僅能控制開(kāi)和關(guān)，還能調(diào)節(jié)不同的亮度。當(dāng)我們利用這個(gè)量子疊加效應(yīng)去做我們的計(jì)算工具時(shí)，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(jì)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(jì)算機(jī)，搭載了72個(gè)物理比特。目前全球最領(lǐng)先的IBM搭載了433個(gè)物理比特。這些比特的數(shù)量決定了計(jì)力？

張輝：對(duì)。悟空搭載了72個(gè)比特，也就是說(shuō)，我們能控制72個(gè)電子或者72個(gè)原子。當(dāng)這些電子或原子并行處理時(shí)，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(jì)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(jì)算帶來(lái)的非常驚人的變化。

王昉：假如說(shuō)比特?cái)?shù)量增加到73個(gè)，那就是2的73次方？

張輝：對(duì)，每多一個(gè)比特，它的計(jì)算曾經(jīng)就會(huì)提升一倍。這個(gè)指數(shù)的威力是非常強(qiáng)大的。

王昉：要破解我剛才說(shuō)的2048位的密鑰，大概需要一臺(tái)什么樣的量子計(jì)算機(jī)？

張輝：理論上說(shuō)，需要大概2000萬(wàn)個(gè)物理比特的規(guī)模。我們現(xiàn)在才幾十個(gè)，所以還有一段很長(zhǎng)的路要走，所以現(xiàn)在的量子計(jì)算大概處于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的電子管時(shí)代。

王昉：最近很熱的ChatGPT回答問(wèn)題的能力已經(jīng)非常驚人，但有時(shí)我們也能感覺(jué)到延遲，甚至宕機(jī)。當(dāng)ChatGPT與量子計(jì)算相遇，它會(huì)有什么更驚人的表現(xiàn)？

金賢敏：不只是延遲的問(wèn)題，目前大模型只是應(yīng)用于一些方向，比如說(shuō)聊天機(jī)器人。未來(lái)它將被運(yùn)用到各種場(chǎng)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(gè)資金去做這個(gè)訓(xùn)練？微軟CEO說(shuō)ChatGPT是一場(chǎng)工業(yè)革命級(jí)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(jué)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(lái)。人類需要通過(guò)一種新型架構(gòu)的計(jì)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(duì)廉價(jià)，然后和ChatGPT這種暴力美學(xué)的大模型結(jié)合起來(lái)，我感覺(jué)這就夠一場(chǎng)工業(yè)革命級(jí)別了。

王昉：量子計(jì)算其實(shí)是有不同的技術(shù)路徑的，能否簡(jiǎn)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(gè)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(gè)粒子或者每一個(gè)單元為典型特色的。光量子、超導(dǎo)和離子阱相對(duì)比較容易馴服，其他不好用的，就慢慢被淘汰了。

王昉：所以說(shuō)，量子計(jì)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(gè)工程問(wèn)題，也就是要?jiǎng)?chuàng)造出一個(gè)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(dòng)、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(lái)計(jì)算力，不僅僅是量子計(jì)算。在計(jì)算力的推進(jìn)上，兄弟登山，各自努力，傳統(tǒng)計(jì)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(gè)技術(shù)路徑，對(duì)嗎？

孟懷宇：我先稍微解釋一下光子計(jì)算的概念，它要比量子計(jì)算更接近現(xiàn)實(shí)應(yīng)用一些。一個(gè)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(shuō)你有近視，如果不戴眼鏡，你看這個(gè)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(duì)你眼前的光信號(hào)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(jì)算的原理。當(dāng)然，眼鏡不可編程，只能做一件事情，而光子計(jì)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(lái)計(jì)算力將會(huì)重塑各行各業(yè)。比如有人說(shuō)，未來(lái)的量子計(jì)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(cè)蛋白結(jié)構(gòu)，大大加速制藥過(guò)程，還能模擬新材料，用來(lái)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(jì)算機(jī)的廠商，“悟空”現(xiàn)在用在什么領(lǐng)域？

張輝：首先，各個(gè)國(guó)家會(huì)把尖端科技首先放在軍事上，這是大家不計(jì)代價(jià)會(huì)去研究的。現(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(wèn)題、快速檢索問(wèn)題。還有人工智能、機(jī)器深度學(xué)習(xí)等都是量子計(jì)算機(jī)特別擅長(zhǎng)的。還有你說(shuō)到的模擬分子、原子的過(guò)程，未來(lái)可以用在新藥、新材料的研制中。比如說(shuō)制藥行業(yè)，中國(guó)古代講煉丹師，我們憑著經(jīng)驗(yàn)去合成，在小白鼠、大型動(dòng)物、人體上進(jìn)行一期、二期，一個(gè)新藥的研制需要數(shù)十年時(shí)間，到最后還不一定成功，代價(jià)非常大。未來(lái)如果我們有一個(gè)很先進(jìn)的工具去大大縮短這個(gè)過(guò)程，可能只需幾周時(shí)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(gè)行業(yè)。

王昉：您提到的這個(gè)場(chǎng)景大概多少年之后能夠發(fā)生？

張輝：大家春節(jié)期間有沒(méi)有看過(guò)《流浪地球2》？我覺(jué)得它里面的時(shí)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(shí)間。

王昉：有一個(gè)說(shuō)法是，現(xiàn)在的量子計(jì)算機(jī)可以把一件非常專業(yè)的事情干得非常好，打個(gè)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(tái)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。能否解釋一下專用和通用之間的區(qū)別？

張輝：未來(lái)五到十年，是專用量子計(jì)算機(jī)的時(shí)代。現(xiàn)在的量子計(jì)算機(jī)還不能解決糾錯(cuò)容錯(cuò)的問(wèn)題。經(jīng)典計(jì)算機(jī)里的晶體管也會(huì)出錯(cuò)，在我們給它糾錯(cuò)容錯(cuò)之后，它能成為一個(gè)通用的機(jī)器，能解各種問(wèn)題。在量子計(jì)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(gè)、幾千個(gè)比特的規(guī)模的量子計(jì)算機(jī)來(lái)解一些問(wèn)題，這個(gè)時(shí)代可能會(huì)延遲到未來(lái)的五到十年。所以這五到十年里，專用的量子計(jì)算機(jī)就像經(jīng)典計(jì)算機(jī)的一個(gè)加速器，某些特定的量子計(jì)算機(jī)特別擅長(zhǎng)的問(wèn)題，就交給量子計(jì)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(lái)輔助經(jīng)典計(jì)算機(jī)的，加速解決實(shí)際問(wèn)題。

王昉：我們現(xiàn)在經(jīng)常會(huì)說(shuō)，某一個(gè)行業(yè)迎來(lái)了它的“iPhone moment（iPhone時(shí)刻）”。距離量子計(jì)算的iPhone moment——它深入到千家萬(wàn)戶，成為我們每個(gè)人手里的一個(gè)通用型的計(jì)算機(jī)——還有很長(zhǎng)一段時(shí)間。現(xiàn)在業(yè)界普遍使用的仍然是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硬件軟件，要讓各行各業(yè)轉(zhuǎn)向量子計(jì)算去尋求算力，這需要一整個(gè)生態(tài)的建立吧？

金賢敏：是的。短期內(nèi)，比如說(shuō)五到十年，專用量子計(jì)算機(jī)可以在難解問(wèn)題上去協(xié)同傳統(tǒng)計(jì)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(shuō)的生態(tài)。現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)芯片，包括GPU在內(nèi)，做出來(lái)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(shí)慢慢建立軟硬一體的軟件算法庫(kù)、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(lái)。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(guò)很多這樣的虧。從國(guó)家層面來(lái)說(shuō)，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(chǎng)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(lái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)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(huì)瞬間發(fā)生變化，這個(gè)計(jì)算所要消耗的時(shí)間很好理解，就是光穿越這段距離的時(shí)間。剛才提到的難解問(wèn)題，有一種解法，就是用一個(gè)矩陣不停地轉(zhuǎn)，這種轉(zhuǎn)是連續(xù)性的，前一個(gè)矩陣的結(jié)果經(jīng)過(guò)處理之后，被喂到下一個(gè)矩陣的起始點(diǎn)，這樣使得計(jì)算無(wú)法被并行，必須連續(xù)轉(zhuǎn)，光子計(jì)算對(duì)于這樣的解法來(lái)說(shuō)就是特別好的匹配，因?yàn)槲覀兠看无D(zhuǎn)的時(shí)間特別快，假如解一個(gè)問(wèn)題要轉(zhuǎn)5000次、10000次，每次節(jié)省的時(shí)間加起來(lái)就非常可觀了。比如說(shuō)，去年，在一個(gè)特定問(wèn)題——我們稱為“伊辛問(wèn)題（Ising）”上，曦智的PACE光子計(jì)算處理器的速度達(dá)到了當(dāng)時(shí)最強(qiáng)的GPU的800倍。

王昉：剛才有一位聽(tīng)眾問(wèn)到量子計(jì)算與隱私計(jì)算之間的關(guān)系。有很多人擔(dān)心，在量子計(jì)算可以帶來(lái)真正的“善”——比方說(shuō)研制新藥、緩解氣候變化之前，它能更早更快地被用來(lái)“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(lái)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(gè)數(shù)乘起來(lái)的結(jié)果，但是要倒推出它是哪兩個(gè)數(shù)乘起來(lái)的，暴力破解很困難，而量子計(jì)算機(jī)解決這類問(wèn)題有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。但不要忘記，這些尖端的科技，包括經(jīng)典計(jì)算機(jī)，最早都是用來(lái)破譯密碼、計(jì)算導(dǎo)彈軌跡的，量子計(jì)算對(duì)現(xiàn)有的密碼體系也可以形成一個(gè)致命的打擊。這個(gè)信息安全問(wèn)題已經(jīng)受到了中美一些大國(guó)高度的關(guān)注。但是我剛才說(shuō)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(shí)間，所以目前大家的銀行卡、互聯(lián)網(wǎng)賬號(hào)相對(duì)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(kāi)信，試圖叫停ChatGPT的繼續(xù)升級(jí)，體現(xiàn)出人類對(duì)于呼嘯而來(lái)的人工智能技術(shù)的警覺(jué)。在座各位會(huì)不會(huì)對(duì)算力的狂飆突進(jìn)也有自己的警覺(jué)意識(shí)？如果算力跑得很快，我們是不是要給它也劃定一個(gè)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(lái)很多負(fù)面的東西，算力提升本身沒(méi)有什么負(fù)面影響。我覺(jué)得人類文明、地球資源的使用都是有一定時(shí)限的，我們應(yīng)該不停地在整個(gè)人類層面中推動(dòng)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(gè)地方。我覺(jué)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(duì)生活產(chǎn)生正向影響的應(yīng)用場(chǎng)景。我覺(jué)得技術(shù)可以繼續(xù)狂飆，我相信人類的智慧。

張輝：我覺(jué)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(gè)說(shuō)法，在工業(yè)革命時(shí)代，馬力就是國(guó)力，在信息時(shí)代，算力就是國(guó)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(cái)富中文網(wǎng)）

編輯：王昉