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?，F(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)?，F(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?；氐窖坨R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?？捎^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(xiě)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
