訪阿里雲量子技術首席科學家施堯耘：量子計算前途輝煌而任重道遠

2015年7月，阿里巴巴與中科院聯合成立了中科院—阿里巴巴量子計算實驗室，正式進軍量子信息科學領域。

把視野放向全球，你會發現量子計算早已成為了科技巨頭的戰場，原因很簡單——它擁有爆表的計算能力，它將引領新的計算革命。如此強大的計算能力意味著什麼？業界普遍認為，當下最炙手可熱的人工智慧、機器學習也將受益於量子計算。

然而，理想很豐滿但現實很骨感，量子計算的研究存在諸多挑戰，如何商業化更是學術界和工業界最棘手的問題。施堯耘表示，量子計算最大的挑戰是如何規模化。目前沒有一個技術可以把規模做得很大，又同時可以做到優質的量子存儲和操作。但他也坦言，即便未來量子計算成功商業化，經典計算機也不會因此而淘汰。

施堯耘1997年本科畢業於北京大學計算機科學與技術系，隨後在美國普林斯頓大學計算機系師從「圖靈獎」得主姚期智院士研究量子信息科學，並於2001年獲得博士學位。在加州理工學院量子信息研究所短暫的博士後研究後，他赴美國密西根大學電子與計算機系執教、研究，歷任助理教授、副教授、正教授。施教授的研究涉及量子信息科學的多個方向，比如量子計算複雜度、量子系統的經典模擬、量子密碼學等。他的研究成果包括多個相應方向中最具代表性的工作；比如在Device-Independent量子密碼學中取得了被認為突破性的進展。2017年6月，施堯耘入職阿里巴巴集團，出任阿里雲首席量子技術科學家，全面負責集團的量子技術研發工作。近日代表阿里巴巴出任浙江省之江實驗室副主任。

施堯耘團隊的職責是讓量子計算落地。施堯耘透露，他們將和硬體合作夥伴深度合作，開發軟體工具、量子演算法，並探索新的應用。

在他看來，業界已經在量子計算未來的應用方向有主流的看法：一類是模擬量子系統，在材料科學、量子化學、藥物發現等領域人們需要用大量的計算資源來模擬量子系統；第二類是用於幫助現在互聯網公司都需要做的計算，比如機器學習的提速，基於量子硬體的機器學習演算法，加速優化演算法和提高優化效果等。

除此之外，施堯耘還認為，量子計算的誕生對密碼系統也會產生巨大的影響，例如目前廣泛使用的公鑰密碼系統會逐步被替換成量子計算機無法破解的系統，業界稱之為「後量子密碼學」。

以下是雲棲社區對施堯耘博士的採訪實錄：

雲棲社區：您之前在學術界，轉投工業界是出於什麼考慮？對您來說二者最大的差異是什麼？

施堯耘：從學術界到工業界的目的是對量子信息技術的落地貢獻力量。

學術界和工業界的差異在量子這個話題是個很複雜的問題。對我個人而言，以前基本上只是研究，而現在除了研究，更重要的是規劃、決策、組織、執行（當然學術界大型項目的負責人也需要做這些事。）

如果比較單個公司和單個學術單位，根本上的區別是在最終的目的。工業界一般來講目標是致用、產品，而學界理論上更公開，且有很多專做基礎性、先期探索性、開放和高風險性的。一個推論是，工業界的每個量子項目都需要結合本企業的實際情況進行整體的、戰略性的思考和布局，尋找風險和回報的最佳結合點。而學術界每個基本單元更多的是單點的深入攻堅。

雲棲社區：量子計算描繪了一幅很美好的藍圖，但是現在工業界的巨頭也只局限於實驗室研究階段，這一技術實現商用的挑戰在哪？

施堯耘：有許多挑戰，但首先是如何把規模做大。目前沒有一個技術可以把規模做得很大，又同時可以做到優質的存儲和操作。 另外，量子計算的落地是個巨型的系統工程，牽涉到眾多方面的技術和能力。整個產業還不完整，人才稀缺。比如我要打造幫助設計量子硬體的傳統軟體。理想的工程師要是一流的軟體工程師，有要對量子計算有足夠的認識。這兩個技能很難在同一個人身上兼具。現實只能是量子化軟體工程師或軟體化量子科學家。對學習能力是極大的考驗。

雲棲社區：你們現在重點做哪方面的研究？

施堯耘：我們的長遠目標是實現量子信息技術的潛力，提供基於量子信息技術的解決方案。這裡關鍵是「實現」和「解決方案」。近期我們會和硬體合作夥伴深度合作，開發軟體工具、量子演算法、以及尋找終極的應用。我們的前途輝煌燦爛，但是任重道遠。

雲棲社區：能否談談對量子計算在應用層面的理解？分享您在工作中獲得的一些寶貴經驗？

施堯耘：大的方向業界有主流意見。有兩個類型的應用：一類是模擬量子系統，在材料科學、量子化學、藥物發現等領域人們需要用大量的計算資源來模擬量子系統，量子計算機用來做這樣的計算最自然最直接；第二類是用於幫助現在互聯網公司都需要做的計算，比如機器學習的提速，基於量子硬體的機器學習演算法，加速優化演算法和提高優化效果等。

必須強調的是明確應用還需要許多工作；並且最終量子計算機的功效還要在真實機器上的實驗來驗證。我的經驗是，不要想當然，而要持著大膽假設、小心求證的原則。

雲棲社區：您認為量子計算領域未來會有什麼樣的新變化？

施堯耘：硬體方面比較可能的是，多個企業和研究單位會把目前的技術路線靠賣苦力做到極致，不約而同地同時卡在某個瓶頸，等待一個突破性想法的來臨。 在軟體方面很多方都有類似的系統，性能也相差無幾。但下一個突破會是在理論、想法方面。這也是為什們我對團隊建設的目標，除了要求能做出所有人最終都可以做出來的，關鍵還要有絕對一流的人才。

雲棲社區：如果量子計算成為現實，那麼又將是一場計算革命，屆時哪些行業會率先被顛覆？

施堯耘：前面提到的兩個方向的計算可能會有很大變革：牽涉到模擬量子系統的和加速、提升重要的計算（需要強調一下這裡說的只是可能性）。說經典計算機在以後完全被淘汰有點太科幻，未來比較可以肯定的是兩者並存，同一問題兩條解決線索，二者各有優缺點。

另外之前沒有提到的是對密碼系統的影響：大型量子計算機出現後，目前廣泛使用的公鑰密碼系統都不安全了。所以可以肯定的是這些系統會逐步被替換成我們不知道如何用量子計算機破解的系統。這就是所謂的「後量子密碼學」。美國國家標準局現在正在收集候選協議。這個對公鑰密碼系統顛覆已經在進行中，即使大型量子計算機的出現還很遙遠。

雲棲大會：在本次雲棲大會上將會有量子計算專場，能否提前透露一些亮點，以及組織這一分論壇的初衷？

施堯耘：這次大會的分會場有我們組織的「阿里巴巴量子峰會」，由我們的合作夥伴和我們新加盟的同學演講。主要是和大家分享這個領域的現狀和願景，一方面讓大家有基於事實的期望，另一方面也希望鼓勵吸引更多的人才加入。同時讓我們的合作者們更加了解阿里巴巴，攜手向前。

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