近日，Nature发表的一篇专题文章显示，2017 和 2018 年量子公司获得的私人资金至少达 4.5 亿美元，是前两年披露的 1.04 亿美元的四倍多。中国也将量子技术作为一项“超级工程”的重点，对其进行了大力投资。
量子计算主要利用量子力学的两大特性——量子叠加和量子纠缠来获得比经典计算在性能上更大的提升，目前在一些计算问题上，量子计算已经超越了经典计算的计算能力。但量子力学的特殊性质也为设计量子算法带来了巨大的挑战。
近年来，包括谷歌、IBM、英特尔、阿里、腾讯、百度、华为在内的公司都相继建立了量子计算实验室或者研究所专门发展量子计算技术。那么从理论到实践，这些企业的量子计算研发究竟进展如何？
在正在苏州举行的 CNCC2019 大会上，来自腾讯、百度、华为和阿里巴巴的“四巨头”量子研究负责人齐聚《量子计算：从理论到实践》分论坛，来了一场“苏州论剑”，四位量子大牛共同探讨国内量子计算的发展现状和未来发展趋势。
图 | 腾讯量子实验室创建者及负责人张胜誉发表《量子计算的发展之路》演讲报告（来源：DeepTech）
腾讯量子实验室创建者及负责人张胜誉以《量子计算的发展之路》为题，探讨了量子计算可以应用在哪些领域、如何设计好量子计算的发展路径等等重要问题。他指出了目前量子用于机器学习的三大挑战，并介绍了一些腾讯量子实验室在量子计算相关的算法、数据库和软件的探索。
张胜誉目前还是香港中文大学终身教授。他本科毕业于复旦大学数学系，硕士毕业于清华大学计算机系，师从应明生教授，博士毕业于普林斯顿大学计算机系，师从姚期智教授。
腾讯布局量子技术开始于 2017 年初，葛凌（Ling Ge）教授以腾讯欧洲首席代表身份加入腾讯。2018 年 1 月，香港中文大学著名量子理论计算机科学家张胜誉教授加入并搭建腾讯量子实验室，担当起搭建并领导这个团队的重任。同年，腾讯提出了“ABC2.0”技术布局（AI、RoBotics、Quantum Computing)。
目前来看，腾讯侧重于从量子 AI 入手，首先进入化学和药物研发这一领域。在量子 AI 理论上，腾讯量子实验室与外部科学家 Iordanis Kerenidis 研发了第一个有可证明的量子加速算法。将经典算法中与网络连接数成正比的复杂度，提高至与网络节点数成正比的量子算法复杂度。这是一个“平方级”的效率提升，对人脑这一“终极神经网络”，该算法效率的提升是 7000 倍。
同时，该算法对量子计算机的精确度要求不高，适用于中短期量子计算机的应用。腾讯量子实验室目前在在小分子药物发现流程中引入 AI 模型，在制药行业的探索取得了阶段性的进展。同时，实验室利用腾讯云的算力计算和发布了 Alchemy 数据库，比之前最大的分子量子性质数据库 QM9 在样品数量，分子大小，元素构成等方面均有明显增加。腾讯量子实验室也在探索搭建 SimHub 科学计算平台，建立云端的科学计算生态。
图 | 百度研究院量子计算研究所所长段润尧发表《量子架构与量脉系统》演讲报告（来源：DeepTech）
百度研究院量子计算研究所所长段润尧发表了《量子架构与量脉系统》的演讲报告，介绍了量子架构面临的问题以及百度最新开发的“量脉”系统。
段润尧在清华大学计算机系就读了本科和博士，从 2001 年起开始从事量子计算和量子信息技术研究，是量子纠缠特性与应用领域专家。
在该报告中，他首先分享了对量子技术发展趋势的判断，指出需要做好迎接量子计算时代的紧迫性以及研发量子计算新业务的重要性。之后他分别从“统一编程平台、量子硬件接口、分布式信息处理、量子因特网、以及量子和后量子密码”五大方向阐述了量子架构当前面临的巨大机遇和严峻挑战，介绍百度将通过构建量子计算平台以及生态系统来应对这些挑战。最后，他介绍了百度量子计算研究所最近开发的名为“量脉”(Quanlse) 的量子脉冲云计算系统。
段润尧表示，量脉系统可以把量子逻辑门的描述高效地转换成控制量子硬件的脉冲序列。经实际测试，量脉的算法运行性能较同类型的工具包有数量级的提升。
百度研究院量子计算研究所成立于 2018 年 3 月，开展量子计算软件和信息技术应用业务研究，悉尼科技大学量子软件和信息中心创办主任段润尧教授出任百度量子计算研究所所长。据了解，百度计划在五年内组建世界一流的量子计算研究所，并逐步将量子计算融入到业务中。
在演讲以及后面的提问环节，段润尧还反复强调，量子计算领域的研发涉及多个学科的交叉融合，同时量子软硬件和许多重要应用的研发还处在初级阶段，存在一定的不确定性，因此任何个人或企业都需要根据自己的所长和需求慎重作出战略取舍，切忌面面俱到而失去重点。他表示，百度量子计算研究所将结合公司自身强大的基础技术能力以及云计算等核心业务，重点进行量子算法、量子 AI 应用以及量子架构这三个方向的研发，开发量子计算平台并通过灵活高效的量子硬件接口与不同量子硬件系统进行对接，最终以云计算的方式输出量子计算的能力。此外，百度也将大力构建可持续发展的量子计算生态系统，与学界和产业界一道共同推进量子计算的发展。
图 | 华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康发表《专用量子计算机的应用算法》演讲报告（来源：DeepTech）
华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康带来了《专用量子计算机的应用算法》的演讲，分享了华为量子技术的相关研究成果和一些想法。
翁文康在 2018 年宣布加入华为数据中心技术实验室，主导量子算法、量子人工智能、量子模拟等领域的前沿研究和技术创新。本科和硕士就读于香港中文大学物理系，随后赴美国伊利诺伊大学进修并获得博士学位，之后进入哈佛大学进项量子相关的博士后研究工作，回国后在清华大学交叉信息研究院担任助理教授，再到在南方科技大学物理系任教。
翁文康认为，目前产学界所实现的量子比特个数还远远不足以实现教科书里的量子算法。当前面临的几个重大问题是，如何开发近期量子芯片的应用以解决一些实际的科学或者工程问题？此外，如何实现使普通用户访问基于这些专用量子计算机的云服务？同时，这些云服务也引发了不少学术问题，比如，如何验证互联网背后的服务器是否是真正的量子计算机而不是一个经典模拟器？
量子计算是华为中央研究院数据中心实验室的重要研究领域之一，目前主要研究方向包括量子计算物理与操控、量子软件，量子算法与应用等。在去年 HUAWEI CONNECT 2018 上，华为首次正式对外公布了其量子计算模拟器 HiQ 1.0 云服务平台，搭载量子线路模拟器。华为表示，单台昆仑量子计算模拟一体机可实现全振幅模拟 40 量子比特、单振福模拟最大 144 量子比特（22 层）的性能表现。此外，有消息称华为目前已经和多个量子计算研究团队建立了战略合作关系。
他在演讲中提到，量子化学问题因为参数过多、需要很多逻辑门、精度要求高等问题，还需要投入更多的研究。华为今年发布了量子计算云服务 2.0，新增业界领先的量子化学模拟平台 HiQ Fermion 和量子调控模块 HiQ Pulse。
图 | 阿里巴巴达摩院量子实验室量子科学家邓纯青发表《超导量子计算发展现状及展望》演讲报告（来源：DeepTech）
阿里巴巴达摩院量子实验室量子科学家邓纯青以《超导量子计算发展现状及展望》为题，从超导量子电路角度分享了绝热量子计算和门电路量子计算两种量子计算模型在物理实现上的进展以及面临的问题，还讨论了要实现通用量子计算机面临的困难和解决方案，同时介绍了阿里巴巴量子实验室近期的研发进展。
邓纯青现任阿里巴巴达摩院量子实验室量子科学家、硬件团队负责人。是滑铁卢大学量子计算研究所博士、北大电子系学士。他曾在量子计算公司 D-Wave 担任高级科学家，领导新一代量子处理器的研发工作。
在多种量子计算的物理实现方式中，超导电路方向在近十年来取得了极大的进步，目前被认为是实现量子计算最为现实的方案之一。超导量子电路在设计、制备和测量等方面与现有的集成电路技术具有较高的兼容性的情况下，可以对量子比特的能级与转换实现非常灵活的设计与控制，极具规模化的潜力。
2017 年，阿里巴巴以实现量子计算的潜能为目标，由前密歇根大学教授施尧耘博士组建量子实验室。2018 年初，实验室研制的量子电路模拟器“太章”在全球率先成功模拟了 81 比特 40 层的作为基准的谷歌随机量子电路。今年 9 月，阿里巴巴达摩院院长张建锋宣布量子实验室完成了第一个可控的量子比特的研发工作，该比特的设计、制备和测量全部是自主完成，这表明达摩院在超导量子芯片的研发上已经具备了全链路的能力。
邓纯青表示，阿里的量子计算路线为以硬件为核心的全栈式研发，“死磕硬件”。硬件方面，在完成实验室的搭建，完备基本能力之后，目前已经进入了原创性研究的阶段。而以“太章”为计算引擎的“阿里云量子开发平台”正在 arXiv.org 上逐步发布，目标是成为辅助算法和硬件设计的有力工具。
图 | 量子计算与经典计算的差异（来源：DeepTech）
四位负责人有一个基本的共识，即目前的量子计算还有太多的不确定性和问题需要解决，要实现量子计算的商用还有很长的路要走，需要各界都有“前人栽树，后人乘凉”的精神不断进行探索与实践。
很显然，四巨头选择了不同的量子探索之路。各个公司都在结合自身优势的基础上选择发展各自的软硬件，从目前来看，量子算法和软件因相对投入低而易于开展，硬件因其难度和成本是一个较为长远的布局，未来要实现量子计算的突破既需要硬件的支撑，也需要新算法的出现。硬件与算法的发展将会彼此促进，“杀手级应用”的出现将会吸引更多的关注和更大的资金投入，硬件的突破将会大幅拓展算法设计的空间。正如耶鲁大学斯特林应用物理学和物理学教授（Sterling Professor）、超导量子比特的发明者之一 Schoelkopf 所说：“硬件与软件相结合，挑选出最容易处理的问题。实现实用的量子计算或许要比人们所想象的更快。”
本次论坛由 CCF 理论专委会副主任、学工委主任助理中科院计算所孙晓明研究员担任主席并主持，中科院计算所张家琳副研究员担任共同主席。
