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人工智能叠加量子科技,走向颠覆未来

2021年02月23日 16:10来源:未知手机版

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文/陈根
当前,人工智能和量子计算早已经是各自领域炙手可热的研究话题。
伴随人工智能技术的不断发展,人工智能技术作为引领这一轮科技革命以及这一轮产业变革的战略性技术,俨然成为推动经济社会发展的新引擎。
在社会生活中,人工智能在智能家居、智慧医疗、智慧农业、智能制造、智慧金融、智能驾驶等领域开始被广泛应用,其产业化获得了令人瞩目的效果。另外,在许多复杂的科学问题上,包括癌症检测、极端天气预测、新系外行星探索等方面,机器学习也逐渐显露其优势。
量子技术也是推动数字社会进步的一把利器。在20世纪众多科学成就中,量子理论毫无疑问是最伟大的发现之一,量子理论为各种现代物理统一理论的建立提供了框架。
与当前科学界的一些改良性技术相比,量子科技具有颠覆性作用。它颠覆的,是目前占据主流地位的电子计算,即传统、主流的计算机还是以电子作为基本的载体。可以说,量子科技本身,就是数字科技的核心内容之一,是推动数字经济时代的核心力量。
当人工智能与量子科技狭路相逢,当颠覆叠加颠覆,将展现出怎样的未来?
但量子计算遇见人工智能
量子AI,顾名思义,就是量子技术与人工智能的组合,也是量子技术在人工智能领域的应用。其中,量子技术特指量子计算技术。
相比人工智能70年历程,量子计算相对更加年轻。尽管量子力学作为整个20世纪的主角,直接促成了半导体晶体管、激光器等信息技术的发展,但量子计算的概念直到20世纪80年代才真正诞生。
1981年,著名物理学家费曼观察到基于图灵模型的普通计算机在模拟量子力学系统时遇到的诸多困难,进而提出了经典计算机模拟量子系统的设想。自此,量子力学进入了快速转化为真正的社会技术的进程,人类在量子计算应用发展的道路上行进的速度也越来越快。
通常来说,量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式,它与现有计算模式完全不同。经典计算使用二进制的数字电子方式进行运算,二进制总是处于0或1的确定状态。
而量子计算借助量子力学的叠加特性,能够实现计算状态的叠加,即不仅包含0和1,还包含0和1同时存在的叠加态(superposition)。此外,加上量子纠缠的特性,量子计算机相较于当前使用最强算法的经典计算机,理论上将在一些具体问题上有更快的处理速度和更强的处理能力。
2019年10月,谷歌公司在《Nature》期刊上宣布了使用54个量子位处理器Sycamore,实现了量子优越性。具体来说,Sycamore能够在200秒内完成规定操作,而相同的运算量在当今世界最大的超级计算机Summit上则需要1万年才能完成。
2020年,中国团队宣布量子计算机“九章”问世,挑战谷歌“量子霸权”实现算力全球领先。“九章”作为一台76个光子100个模式的量子计算机,其处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。史上第一次,一台利用光子构建的量子计算机的表现超越了运算速度最快的经典超级计算机。
当量子计算与人工智能狭路相逢,量子计算的算力就将首当其冲利好人工智能的发展和突破。事实上,人工智能对算力需求的一大特征即海量异构数据的并行计算,这是传统CPU芯片难以胜任的。因此,这也成了GPU、FPGA、ASIC等芯片在人工智能领域大受欢迎的原因。
如上所述,量子计算具有经典计算技术难以企及的并行计算能力和信息携带量。在可预期的未来,尽管量子计算机不会完全取代经典计算机,但它会依托其在并行计算、量子行为模拟等方面的独特优势,在算力需求极高的特定场景中发挥作用。
同时,量子计算的超强算力源自量子并行,因而其十分适于进行人工智能所需的并行计算。反之,当量子计算机逐渐推向大众视野时,也需要更加智能的机器学习算法来“适配”。可见,量子计算与人工智能的相逢,将必然地推动量子计算和人工智能进一步纵深发展。

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