量子計算:聰明人的挑戰

特邀精選發表於2018-10-29

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量子計算:聰明人的挑戰

2017年,騰訊新組建了量子實驗室團隊。今年初,香港中文大學著名量子計算理論學家張勝譽副教授擔當起擴充並領導這個團隊的重任。作為領銜騰訊量子實驗室的科學家,張勝譽正在實現從高校學者到大公司科技研發領頭人的身份轉變,他期望實驗室的嘗試和努力,能促成量子計算領域更大的進步。

在張勝譽看來,如何讓量子實驗室為騰訊的科技文化增加維度?這個工作就像帶孩子,“既辛苦又幸福,但幸福遠大於辛苦”。

量子計算:聰明人的挑戰

張勝譽

騰訊傑出科學家

量子實驗室負責人

在深圳科技園萬利達大廈11層,穿過QQ空間、NOW直播等五顏六色的辦公區,1120經理室相對素淨——這裡是騰訊量子實驗室負責人張勝譽的辦公室。騰訊作為一家服務於社交、數字文化的網際網路公司,在歷經20年的成長後,也開始關注量子計算這樣的基礎科研。

對原子、分子、凝聚態物質量子態的調控,是基礎科學的前沿,對量子科學的認識與發掘,孕育著重大科學發現的機會。目前,以微電子為基礎的資訊科技在不遠的將來將達到其物理極限,摩爾定律已經快抵達最小單元奈米,接下來就進入了量子的世界。以量子效應為基礎的新的資訊手段初露端倪,量子器件、量子計算機、量子通訊技術等將把我們帶入全新的世界。量子力學態疊加原理,使得量子資訊單元的狀態,可以處於多種可能性的疊加狀態,從而導致量子資訊處理從效率上相比於經典資訊處理具有更大潛力。

去年騰訊新組建了量子實驗室團隊,今年初,香港中文大學著名量子計算理論學家張勝譽副教授擔當起擴充並領導這個團隊的重任。

今年41歲的張勝譽本科畢業於復旦大學數學系。碩士畢業於清華大學計算機系,師從應明生教授。博士畢業於普林斯頓大學計算機系,師從著名計算機專家姚期智教授。後在加州理工學院做博士後研究。回國後在香港中文大學任教。從求學到教書,他的履歷中集齊了全球名校的名字,而他的導師應明生和姚期智也都是蜚聲中外的學術大牛。

量子計算:聰明人的挑戰

溫爾文雅、謙遜嚴謹而又不失幽默,是張教授給我們留下的最深刻的印象。他說導師姚期智對自己學術品味的提高影響很大,但“我覺得自己能力沒有品位發展得快,導致自己做出來的東西自己看不上”。

在接受《騰雲》和騰訊科學技術協會的採訪時,張勝譽講述了他的治學經歷和感悟。為什麼要挑戰量子計算?以及為什麼加入騰訊?請參詳以下經編輯過的訪談實錄。

從小想當科學家

騰雲:

能否講講您的個人經歷?您的求學或工作經歷中對您影響比較大的事情?

張勝譽:

1977年,我在黑龍江出生,小學快讀完的時候隨家搬到了山東。我小時候確實希望長大之後當科學家,不過那個時候的孩子多數都想當科學家。我的父親是一位地質工作者,母親是一位數學教師。現在想想家人對我影響挺大的,因為我的父親做事情很有耐心,是慢工出細活的那種。我的母親很聰明,反應非常快,他們會從不同方面對我有很正面的影響。經驗教訓太多了,難以一一道來,不過有一點體會是,低谷本身也是一個寶貴的經歷,因為它會讓你體會到很多你在一帆風順的時候不可能體會到的心態和人事,這些對一個人理解外物和自身,通向成熟豁達,寵辱不驚,都很有幫助。

騰雲:

您的博士導師姚期智先生是中美科學界泰斗級人物,他的經歷也很傳奇。在台灣長大,放棄美國國籍後又回到中國。開創被譽為“姚班”的清華電腦科學實驗班,為中國培養了許多年輕人才。姚期智先生對您本人的治學和為人有怎樣的影響?

張勝譽:

我覺得姚先生對我的影響是很大的。他是個很崇尚精神自由的人,不願為很多世俗的事情所累。同時也是一個異常專注的人,為了自己感興趣的事情全身心地投入。他在科學上犀利的洞察力和極高的鑑賞力也影響了我,只可惜我覺得自己能力沒有品位發展得快,導致自己做出來的東西自己看不上。姚先生雖然是個理論大師,但本人卻是一個非常務實的人。他認為在電腦科學裡,理論和實際結合會產生深刻的影響。

有太多印象深刻的故事了,比如很多時候我們討論一個大的領域的發展,如果是一個普通的一流學者,很可能會列舉出一大堆光鮮的成果,不過對有些領域,姚先生的評價可能是,沒什麼進展。我猜可能他覺得所謂的進展對其中最根本的問題的理解基本上沒有看得到的幫助。

量子計算:聰明人的挑戰

騰訊作為一家大企業,在場景、資料、工程師等方面具有天生優勢,量子實驗室基於此能做出什麼樣的成績,值得行業期待。

騰雲:

您復旦畢業到普林斯頓讀博士,加州理工做博士後,回國後先到清華後來又加入了港中大。能比較一下復旦、清華、加州理工、港中大這些名校的風格有何不同?您最喜歡哪裡?為什麼?

張勝譽:

這些學校風格各個不同。復旦是個綜合性學校,文化元素很多樣。清華的風氣踏實刻苦,出來的人才清新俊逸。普林斯頓和加州理工都是小而精的學校,聚集了很多聰明而有趣的人。港中大處於一個東西方文化交匯的獨特地方,學校的氛圍自由開放,也基本給予老師足夠的學術自由。我很難說最喜歡哪裡,因為各有特色,也是我處於不同的人生階段的獨特經歷。從對個人性格的塑造和影響上來說,可能還是普林斯頓最集中,因為那四年體會到了太多方面的酸甜,是很難得的人生經歷。

騰雲:

歸國時的考慮是怎樣的?

張勝譽:

我2008年回到香港開始在港中大任教。當時覺得教育是一個能夠對下一代有直接影響的職業,很希望做老師,而且覺得中國的科技實力距離歐美還是有一定差距,希望自己能盡一點綿薄之力來彌補。

量子計算:聰明人的挑戰香港中文大學

為什麼挑戰量子計算


騰雲:

有人說量子計算是電腦科學裡面最難的分支之一,離實現也還有距離,您為什麼會選擇量子計算

張勝譽:

電腦科學各個分支都有各自的挑戰,沒有統一的難度標準。不過從人數上看,理論電腦科學是研究人員很少的一個分支,在這個領域裡,研究量子計算尤其是量子演算法及其複雜性的人更少。記得在2004年,幾位美國名校老師在一起數了一下北美做量子計算做得還不錯的人,大概只有11、12人。這些年量子計算的發展得到很大提升,不過在做核心量子演算法的人仍然很少。

關於我自己為什麼做量子計算:一方面量子計算從科學和哲學的角度來看都很有意思。另一方面人在年輕的時候比較理想主義,想去挑戰最難和最感興趣的方向,不太考慮一些現實約束。

我個人覺得,最好的研究工作其實就兩類。第一類是能夠把基礎問題做深入,做透。第二類是把應用問題做踏實,讓它很有用。當然更理想的是二者的結合:有些實際問題需要基礎理論上的深入理解和突破才能真正解決。電腦科學其實一直富有這樣的機會,雖然難度非常大。具體到量子計算,也能將這兩類結合到一起,既能做出很深刻的理論,又有直接應用的價值,所以從這個角度來說,量子計算也是一個很好的選擇。

量子計算:聰明人的挑戰
量子的“火”與騰訊的關注

騰雲:

去年5月份左右,世界上關於量子的訊息非常多,好像每個月都有一兩個大新聞。當然大家也會比較激動。能不能分享下您來騰訊組建實驗室的過程和感受?

張勝譽:

這幾年確實量子科技方面的新聞很多,經常會聽到有很多突破。對於一般的企業,很難確定哪些突破是真的,哪些突破的意義有多大。去年我剛開始有幸和騰訊接觸的時候,也被問到,作為企業來講,現在是不是一個介入的時機?我當時的確並沒有感覺公司發展這方面的緊迫性,因為雖然量子計算機在計算力上會解決很多現在解決不了的問題,實驗上谷歌等團隊的發展也比較迅猛,但是畢竟量子計算機實現技術還沒有成熟到能夠大規模商業化、量產化的程度。就是說,量子計算的發展還處於一個很前期的階段。

不過,公司還是認為我們內部應該有一個專業的團隊,來發展量子科技相關的各個方面,包括演算法軟體的研發和未來可能的硬體實驗室搭建;即使從一個小的意義來說,我們至少需要有一個內部團隊對行業進行實時研判。量子實驗室組建是一個各方面都很有挑戰性的過程,因為這方面高素質的專才非常稀少,而且在有些方面(如硬體)騰訊並沒有過往經驗。我在實驗室發展過程中接觸了公司內外很多不同的人,得到了很多支援和幫助、討論和啟發。我也一直在思考我們的路怎麼走,如何讓量子實驗室為公司科技文化增加維度。總的感覺和帶孩子差不多,既辛苦又幸福,但幸福遠大於辛苦。

量子計算:聰明人的挑戰

騰雲:

當時還沒預見中美貿易戰的發展,今年國家、社會都在不斷強調基礎的科研,設立量子實驗室是有遠見的,特別是像量子計算這樣的核心技術。

張勝譽:

無論國家還是大公司,到一定階段可能都需要發展基礎科研和核心技術,而其發展需要一個長期埋頭苦幹的過程。這也影響到我們的團隊組建。因為現實是高校老師在考慮問題的時候,尤其是做理論的,心態會比較瞻前顧後。畢竟高校的終身教授制度有絕對的穩定性。雖然公司能夠提供的薪酬、平臺,與外界的聯絡都有優勢,但並不是所有老師都看重或意識到這些東西,或者願意為了這些東西放棄終身教職。而這其中一個很重要的原因,是整個中國的網際網路公司去做量子計算,都是這一年之內發生的事。中國的公司能否長期支援基礎科研和技術,還需要時間來驗證。這也讓我特別希望自己在這裡好好做,打造一個好的小環境,做到比較長遠,能夠慢慢穩步出來一批好的成果,讓別人看到和相信騰訊堅持投入基礎科技。

騰雲:

近幾年,中國從國家到企業都開始更加重視基礎科學研究,包括馬化騰先生最近在公開演講中也強調了基礎科學的重要性,也特別提到了量子計算。中興事件是一個讓所有人警醒的轉折點。您覺得中國怎麼樣才能成為一個真正意義上的科學強國?

張勝譽:

基礎科技影響國家實力我想大家都看到了。發展基礎科技是一個長期的過程,尤其在中國現階段,不太可能一蹴而就。因為這方面的發展和人才留存,資源分配,評價體系等各方面都有緊密的關係。有點雞生蛋、蛋生雞的感覺:好的科技工作者越多,越容易制定各方面的科技政策,促進科技發展,從而產生出更多更好的科技人才。歐美在這方面的優勢還是挺明顯的,其他國家追趕起來恐怕都會有一點逆流而上的乏力感,但是我們還是需要努力,每個人都從自己的方面多做點,做好點,長期堅持下去。不能太浮躁,去追求一些華麗和轟動。有些甜的東西嘗多了,自己容易高興得迷失了,以為自己真的很強,再以這樣的學術能力和價值觀影響到下一代……這種狀況需要避免。

一邊科研一邊工業


騰雲:

加入騰訊後,覺得和在學校有哪些不同呢?

張勝譽:

總的來說,我感覺在騰訊充滿了新的挑戰,面臨很多以前沒有遇過的問題,工作會比以前更加繁忙。但是另一方面得到的回報非常多,自我提升非常多。

我特別喜歡騰訊的企業氛圍。現在實驗室還在早期,我有太多的時間花在了外聯、招聘、內部溝通這些事上。這些當然是很重要的事情,但是至少短期來看,做研究的時間就大大減少了。但是過了這段時間之後,如果我一天能有一半的時間在做研究,我就覺得很滿意了。

騰訊是一個大平臺。以前做老師,跟別人基本都是談學術合作,現在可能就不一樣了,別人可能是透過我看到背後一個很大的公司,所以不只是有理論上的合作,也可能會有軟體的合作,甚至可能是透過公司跟其他高校有硬體的合作,等等。我的角色不只是一個科研工作者,還是一個接入點,透過我連線一個很強大全面的公司。

研發上學界和工業界也還是蠻有區別的,因為學界更在乎科學價值問題,工業界更在乎的是工程實現問題。在學界會有發文章的壓力,科學家難免去追求發表好論文,這不是科研的本質。但是在企業裡可以把一些工程上、工藝上的問題做細。在某一個方面快速發展的時候,快速推進。這是企業的優勢。

企業的另一個好處就是理論結合實踐,能做出既很深刻又有應用價值的理論。以前我做老師的時候,經常需要說明自己做的東西有什麼潛在的應用價值。相比之下,企業是一個很好的測試點,如果某個技術真的有用的話,騰訊這麼大的一家企業,場景、資料、工程師都不缺,給你幾年的時間,你能不能幹出來什麼好東西呢?我覺得這是一個很好的試金石。也希望企業能夠對一些小團隊給予比較自由的空間,讓他們去發揮,去試。

量子計算:聰明人的挑戰

“小而美”的未來

騰雲:

您對量子實驗室有什麼設想嗎?

張勝譽:

量子實驗室跟騰訊其他實驗室不太一樣。公司有一些實驗室更偏業務結合,有的更偏技術研究。量子實驗室本身是比較小型的,我不想在短期內擴到多大的規模,我想能夠堅持人員的質量高一點,做事情踏實可靠一點,然後從事一些偏基礎一點的研究,有量子的,也有經典AI,也有從這兩者結合的角度去試一試。

整個量子計算方方面面都有差異。但總的來說,我想一般在理論和偏軟的方面,與國外的差異相對比較好彌補一點,因為基本上都是靠聰明人,上規模就可以。但是偏硬體的就比較難,比如中國半導體工業幾十年下來也不好做,有量產的問題和成品率的問題。現在量子也是這樣,中國幾個高校正在慢慢積累,但是具體的技術積累確實需要時間,不是幾年就能搞定的。

騰訊量子實驗室跟幾個不同的科研機構,有不同的合作形式。我希望能夠不時舉辦一些閉門會,或者workshop,讓大家互通有無——本來大家的水平跟歐美就有較大差距,如果每個團隊都把自己封閉起來的話,中國的發展就更慢了。我特別希望能夠把一線工作的中青年學者和學生,集中起來,以正式或者非正式的形式去互通有無,來一起促進這個事情。我希望能夠增強一些中國國內的合作,這個也跟騰訊企業有一個比較開放的生態,營造一個平臺有關。我這幾個月和不同的團隊去聊,感覺這是一個我們可以做的事情。所以試試看,希望我們以一個比較坦誠的角度去跟大家交流,讓大家更認可這種價值觀,能夠加入我們的分享。

人才大灣區建設

騰雲:

前些年很多在國外求學的人可能首選去香港任教。但是最近這些年香港的吸引力反而不如內地。您也提到招人的時候,香港的吸引力反而不如內地,這一變化背後的原因是什麼?

張勝譽:

以前香港的優勢首先是薪酬,而這一點隨著內地的待遇不斷提升,差距正在快速縮小。香港高校的風格比較像北美,教授比較獨立,但也意味著教授一般很難發展成一個大組,所以對團隊規模有訴求的人,可能就會覺得內地更有吸引力。另一方面香港高校對教授給予充分的學術和管理自由,這對大多數教授而言是非常值得珍惜的,這一點一直是香港的優勢。希望粵港澳能夠找到好的模式聯合起來,集中優勢,成為一個高科技中心。相信到時候更加便利的交通也會促進這個地區的頻繁交流。

量子計算:聰明人的挑戰

騰雲:

大灣區要想追趕矽谷,你覺得最關鍵的是什麼?

張勝譽:

人才吧。很多事情最後還是人:有足夠的高質量人才,很多問題就不是問題了,很多創意就出來了,很多制度就有效了。所以長期來看,科教還是一體的,好的科研幫助好的教育,好的教育產生高素質人才,高素質人才反過來創造好的科研環境。

騰雲:

您平時除了科研,興趣愛好是什麼?有沒有什麼故事可以給我們分享一下。您希望自己的子女也成為科學家嗎?

張勝譽:

除了科研我喜歡體育和閱讀,讓自己的身體得到鍛鍊,大腦得到思考。我對自己下一代的職業沒什麼特定的期待,不過我希望她們能夠有健康的身體,獨立思考的能力和習慣,對社會變化有好的適應性,能理解人並和人善意相處,包括自己。心底有基本的安全感和幸福感,有基本的意志力……我是不是期待太多了?說好的散養呢?哈哈,其實這可能也是在對下一代教育上對自己的期待。不過可能她們的發展最終還是要隨緣吧——人生很多美好的東西都是不期而遇的,不是嗎?

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