世界知名量子科學家加盟阿里：施堯耘出任阿里雲量子技術首席科學家

只要認同量子力學是準確的物理規律，量子計算可能就是終極計算。

新智元報道

作者：胡祥傑

【新智元導讀】量子技術領域重量級人物施堯耘已經確認加入阿里巴巴，擔任阿里雲量子技術首席科學家。施堯耘教授在阿里巴巴的主要工作和角色是組建並負責阿里雲量子計算實驗室。施教授說，阿里雲不僅強力支撐量子，也是未來量子應用的輸出渠道。阿里做量子計算的源動力就是要做好雲計算。在接受新智元的獨家專訪時，施教授談到了為什麼加入阿里、量子技術的最新發展趨勢和現狀、量子技術與人工智慧的關係等等話題。

根據新智元獲得的最新消息，量子技術領域重量級人物施堯耘已經確認加入阿里巴巴，擔任阿里雲量子技術首席科學家。

施教授是最新入職阿里巴巴的又一名領軍型的人物。6月26日，阿里巴巴宣布，亞馬遜級別最高的華人科學家任小楓加盟阿里，出任iDST首席科學家和副院長。之前公開宣布加入阿里巴巴的人工智慧專家還有前南洋理工大學教授王剛。

在接受新智元的獨家專訪時，施堯耘教授表示，加入阿里巴巴的原因很簡單，「阿里巴巴要做的也正是我要做的：讓量子計算落地阿里雲不僅強力支撐量子，也是未來量子應用的輸出渠道。阿里做量子計算的源動力就是要做好雲計算。」

雲計算本質是計算能力。所以我們要問最強大的計算能力是什麼？施堯耘教授在採訪中提到，只要認同量子力學是準確的物理規律，量子計算可能就是終極計算。阿里雲把量子計算做好，就能提供更強大的雲計算服務。

施堯耘教授在阿里巴巴的主要工作和角色是組建並負責阿里雲量子研究團隊。

談及在阿里巴巴的發展目標，施堯耘教授介紹說，我們量子項目的目標是在未來，阿里雲的所有用戶在安全方面能夠得到經典密碼學無法提供的量子密碼的保護。只要量子力學是準確的物理規則，這種安全是沒有人、即使傾國之力都無法破解的。藏在阿里雲里的量子計算將對多種問題急劇加速計算。這些問題大體可以分成兩類：模擬量子系統，和傳統計算任務比如機器學習、組合優化等。模擬量子系統的計算有廣泛的應用：尋找新材料、新藥物、新的化學反應鏈等。而機器學習和優化則更是無所不在了。可以想像，雲端量子計算可以開創新的高科技生態環境，也可以使的機器學習和優化演算法驅動的無數的應用運行得更快更好。

加盟阿里？最開始是拒絕的

新智元了解到，施堯耘1997年本科畢業於北京大學，後在普林斯頓大學取得計算機科學博士學位，是密西根大學安娜堡分校終身教授。

在理論量子信息科學領域，施教授涉獵頗廣， 研究主題包括：量子演算法和複雜性，量子通信複雜性，量子系統和量子計算的 經典模擬，量子信息學和量子密碼學。

針對研究領域，施堯耘教授對新智元介紹說，我在學校時是這樣介紹自己的：」I』m a computer scientist who works on the mathematics of information for this physical world.」 所以我的研究是很交叉的。我常常開玩笑我的量子知識在指數級的減少。這麼說是相對於整個領域指數級的擴張。我進入這個領域時每月在大家貼文章的arXive 上基本100篇以下。現在5、6百。即使如此，我也轉戰的多個方向。最近幾年潛心做的是量子密碼學。一個主線索是問，當我們使用的量子器件有可能壞了，或者可能被壞人碰過了，我們還能保證協議的安全么？我自己覺得自己只能體驗經典信息，無法直接感知到一個量子態。所以使用量子器件有非常本質的信任問題。我和合作者發現，有一些任務，比如密鑰的產生，可以即做到安全，有可以使用用戶不信任的量子器件。

在被問及為什麼要從學術界轉換到工業界，施堯耘教授對新智元說，是為了讓量子計算落地。他說：「到阿里之前的二十年我一直在做量子信息科學的理論研究。可以說是紙上談兵、甚至是吹牛了二十年。特別是在寫研究經費申請的時候，總是說量子計算機一旦實現了就不得了了。」

這裡邊還有一個曲折的故事。今年初的時候，阿里研究人員找到施堯耘教授，問他願不願意加入。他當時很堅決地說「No」。

「因為我在學界很快樂。特別是最近幾年，感覺攀上了自己學術生涯的一個新的高峰。」 施堯耘教授對新智元回憶說。他說，當時被問到一個問題：「如果阿里要做量子計算，有哪些環節，有哪些步驟？」

施堯耘教授對新智元說，作為學者，我和很多人一樣是在鑽牛角尖，沒有深入思考這些問題。我意識到如果下一階段如果能為量子計算的落地做出貢獻，加上20年的理論工作，我會對自己的選擇感到滿意。

後來聽說「伯樂」不只一位：科大的陸朝陽教授和潘建偉院士也向阿里推薦了施堯耘教授。他說：「國內學術、工業界在發展量子技術上的協同精神很明顯。」

阿里巴巴量子計算的投入剛剛開始

量子通信被業界公認是對未來世界科學產生重大影響的革命性技術，中美等大國均投入巨大資源參與到這場未來之戰。

馬雲宣布啟動阿里巴巴的「NASA計劃」，並說「現在所研究的目標是為了解決10年、20年後的困難。」

2013年阿里巴巴就開始對量子通信進行研究，2015年與中科院成立的量子計算實驗室，這使得阿里成為首個大力投入量子信息科學的中國科技公司。

據介紹，2013年至今，阿里在量子通信技術上投入巨大資源，產出的專利達數十項，包括 QKD（量子密鑰分配）的演算法實現、系統架構， QKD和雲計算結合的應用， 量子通信雲服務，以及量子通信和可信計算的結合等方面。

2017年5月3日， 中科大、中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室、浙江大學、中科院物理所等協同完成參與研發的世界上第一台超越早期經典計算機的光量子計算機在中國誕生 。

阿里巴巴資深專家石犀曾公開表示，最終會將量子加密技術和雲計算進行了有機結合，形成密鑰資源池，以普惠資源通過阿里雲提供給用戶使用，從而彈性滿足用戶個性化需求。

國外大公司如微軟、谷歌、英特爾和IBM投入遠超數千萬美元的資源，施堯耘教授如何怎麼看待投入問題？ 他說，首先這是一個很燒錢的領域；上文提到的這四個公司的投入其實也還有很大增長的空間。大家都是從交學費開始的。

施堯耘教授說：「阿里在量子方面的決心非常堅定 。我喜歡說我沒有經費上限。並不是說行癲（阿里CTO張建鋒）給了我張空白支票，而是我堅信團隊成員的素質是第一要素。高水平的人才總是稀缺的。招人是我的工作重點之一。我並不以花很多錢為目標。這是一個長跑，我希望笑到最後。」

谷歌指出了早期量子計算最可行的三個商業用途：量子模擬，量子輔助優化和量子採樣。採用這些技術，可以讓材料、金融、保健等行業從中受益。那麼，阿里的商業變現策略是怎麼樣的？

施堯耘教授表示認可這個說法，當然最後一個可以說的更廣泛一點，用量子技術來加速機器學習，或者發展基於量子硬體的機器學習辦法。我們的變現策略在這裡沒有特別可以拿出來分享的。指導性的說，阿里提倡客戶第一，在量子方面也是。

量子計算與人工智慧

量子計算當下的發展會給人工智慧的發展帶來什麼樣的影響？量子計算機是否是我們實現強人工智慧的必備條件呢？

施堯耘教授在接受新智元的採訪是說，當下量子計算如火如荼，政府、學界、工業界都投入很大。當然社會的期望值也很高。我們需要找到一個平衡點，資金供給方既要提供強力支持，有理性的期待；而研發人員既要努力向前，又要堅守學術的誠信原則。

他說：「雖然我是理論研究者，我堅信應用是技術的最強的驅動力。人工智慧、大數據是當前量子熱度超前的主要動力之一。故而量子計算在人工智慧方面的應用也是學界的一個焦點。現在從量子角度對機器學習的研究出現了許多創新的方向，同時人們也在嘗試用現有的雛形量子計算機加速機器學習。我有信心量子計算對人工智慧最後會有巨大影響，體現在效果的提高、速度的加快。就像深度學習的革命，這些影響最終還是歸結於計算能力的提升。但是我不覺得量子計算是實現強人工智慧的必備條件。原因很簡單，人腦好像本質上是個經典計算機。」

根據新智元的了解，此件有學者認為，量子機器學習是目前量子AI唯一取得突破的地方。那麼在量子計算機中深度學習演算法或者機器學習演算法會有什麼樣的發展？牛津-洛克馬丁-諾基亞有一個量子優化和機器學習研究中心了，牛津認為先不追求通用機，只要能運行量子機器學習演算法就能有巨大回報了。施堯耘教授如何看待這一問題？

他說，因為大規模高信度的量子計算機還沒有出現，恐怕量子機器學習也還在沙演階段。AI本身也牽涉到很多計算問題，比如採樣，優化等。可以說對實際，包括AI，很重要的計算，量子科學家們都在研究。 施堯耘教授認同不一定要通用機，解決問題就行。經典計算也是這個趨勢。

那麼量子計算和計算機科學是怎樣的一種關係？量子編程是可能的嗎？目前面臨哪些難題？

施堯耘教授介紹說，量子計算是個交叉學科，牽涉到物理，計算機，化學，數學等。在不同的發展階段這幾個方面從投入/產出比重看是個動態過程。公眾現在很自然地最關心實驗物理學家做出幾個量子比特，第一台量子計算機何時到來。所以在圍繞做出量子計算機的課題是核心課題。相應物理的影響最大。未來傳統計算機課題像計算機工程，體系結構，演算法設計等從業者比例會上升。其實經典計算也經歷了類似的過程。

量子裸機除了發科學論文是沒有用處的。最終要運行精心設計的量子演算法。這樣量子編程語言作為描述量子演算法的工具也是必要的。這方面的研究開始不久，相信有很大發展空間。一個有量子特性的問題是如何保證量子程序的正確性；這比經典相應問題難。多個公司也已經有免費下載的量子編程語言。當然，沒有演算法，編程意義不大。

下一代計算：量子云？

量子計算機與傳統計算機有著巨大的差異。此前，根據 TechCrunch 的報道，Pund-IT 首席分析師查爾斯·金（Charles King）曾介紹說：「一方面，傳統計算機系統基於二進位原理（通過開關半導體門電路來代表 0 和 1），而量子系統則使用量子位，量子位可能處於 0 或 1 的疊加態。從理論上來說，最終的系統可以利用量子機制，例如疊加態和量子糾纏，去提供數據處理功能。」

量子計算長期以來都被認為是20年以後才會實現的技術。但是，2017年開年時，《Nature》曾發表一篇名為，《2017年將是量子計算機從實驗室走進現實》為題，梳理過去一年量子計算機相關進展，並預計2017年該領域值得期待的突破。認為2017可能是這領域改變其「僅限於研究「的印象的一年。

計算領域的巨頭谷歌和微軟最近聘請了大量的重要人物，並且為剛開始2017年設置了一些具有挑戰性的目標。他們的野心反映了一個廣泛的現象：量子計算正在從純粹的科學轉變到工程建造。初創企業和學術研究實驗室中也遇到了類似的情況。

「人們是真的在建設一些東西「，馬里蘭大學物理學家Christopher Monroe說，」我從來沒見到過這樣的現象，它（量子計算）已經不僅僅是科學研究了。「Christopher 同時是初創企業IonQ的聯合創始人，這家企業創建於2015年。

谷歌在2014年開始研究基於超導超導的量子計算機。谷歌希望在今年，或者稍晚一些的時候，能夠超越最強大的「傳統」計算機所能做到的計算能力，這一里程碑式的成就被命名為量子霸業。谷歌的競爭對手——微軟，把賭注壓在了一個非常吸引人但是還未經驗證的概念——拓撲量子計算上，並希望成為首個展示這一技術的公司。

量子通信技術現在真正發展到什麼水平了？我們離實現量子通信還有多遠？

對於大多數人來說，量子通信技術現在還是一個比較前沿的領域，那麼這一領域真正發展到什麼水平了？我們離實現真正的量子通信還有多遠？

在談到這一問題之前，施堯耘教授首先作了一下澄清：人們一般談的量子通信技術的目標不在通信本身，而是在於密碼。更準確的講，在於在通信的雙方建立共同的秘密（所謂的密鑰發布，Key Distribution)。這個任務是雙方進行秘密通信的第一步，故而是當前秘密通信的基石。

施堯耘教授進一步介紹說，量子密碼技術已經實用了。不光有不少公司，成功的像國內的國盾、瑞士的ID Quantique都賣產品多年了。而且據他所知，他們財政上是很健康的。話說回來，一個密碼系統系統要廣泛的使用需要經過嚴峻的考驗。施堯耘教授有個說法，所有密碼系統都是可以被證明是安全的，問題在於該證明的假設是不是成立。理論上安全實際上很容易被攻破的就是因為實現時的複雜情形使得理論證明的前提失效。量子密碼產品很新，所以恐怕還需要更多的磨練。他覺得攻擊量子密碼的研究需要大力加強。他說：「客戶第一是阿里巴巴的信念。有關客戶的安全，我們更不含糊。具體的講，在阿里雲，我們將會發展量子攻擊的研究能力，目標是要給客戶最大的信心，相信我們提供的基於量子技術的安全產品是經得起考驗的。」

在技術上，量子密碼的一大瓶頸是光子在光纖里傳幾十公里就不可用了。所以長距離的應用目前只能靠可信的中繼節點。也就是說相離遙遠的兩方的秘密有許多中繼也是知道的。並不是所有場合這樣的情況是可以接受的。基於衛星的量子密碼協議可以解決這個問題。這也是中科院潘建偉院士領導的量子衛星項目很重要的一個原因。另一個途徑是讓中繼能有量子糾錯的能力。量子糾錯能力也是量子計算的必由之路。故而量子計算實驗技術的發展也許能根本解決量子密碼中的這一技術弱點。

現在的量子計算機技術主要由5種方法：超導迴路（superconducting loops），囚禁離子，硅量子點（silicon quantum dots），拓撲量子比特（topological qubits），鑽石空位（diamond vacancies），各家公司也都選擇了不同的路徑，如何評價這些方法？

施堯耘教授介紹說，量子計算目前的狀況相當於四、五十年代的經典計算。我們還不知道哪個技術會成為「量子晶體管」。所以整個行業需要嘗試多個路徑。上面提的幾個各有利弊。超導目前走在前列，大有「量子真空管」的樣子。就是說可以做大得可以解決實際問題，但又面臨嚴峻的瓶頸。鑒於歷史上晶體管後來居上，量子硬體的PK勝負還是很大的未知。

9月6日，之江實驗室在杭州市正式揭牌成立。這個新的科研機構是浙江省創建的開放協同的混合所有制新型研發機構，以創建國家實驗室為發展目標，依託浙江大學和阿里巴巴集團為主要研究力量，落戶位於杭州未來科技城的中國（杭州）人工智慧小鎮。浙江財政提供首期50億資金支持。

在研究方向上，之江實驗室聚焦網路信息、人工智慧，以大數據、雲計算為基礎，布局未來網路計算、泛化人工智慧、泛在信息安全、無障感知互聯、智能製造與機器人等五大方向。

目前，之江實驗室設有一個主任和兩個副主任，分別由朱世強、浙江省科技發展戰略研究院院長袁繼新和阿里巴巴集團阿里雲量子技術首席科學家施堯耘擔任。

談到最新的工作崗位，施堯耘教授對新智元介紹說：「之江實驗室至少對我來講十分發聾振聵，因為裡頭有著歷史性的創新。這個創新不在於它的目標，也不是政府要出多少研究經費。創新是在體制上：她的「兩核」，即浙大和阿里巴巴集團，之一是個民營企業。實驗室是朝著升級為國家實驗室進軍的。什麼叫體制創新，聚焦目標而又敢擔當的。」

施堯耘教授進一步介紹說，「為什麼我說她是聚焦目標的？憑什麼我們做的比別人好？靠房子獎金雙語幼兒園等等哪裡都能做的；企業已經在18年的實戰中證明自己強大的創新能力。我們要聚的焦是把事情做好，是落實創新推動的發展戰略。」

他認為，誕生之後，實驗室願景的實現極具挑戰。阿里巴巴「主要負責優勢領域的研發和相關科研成果轉化與產業承接」。

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