去年，人工智慧（AI）高速發展，引起國際不少關注。另外量子技術（Quantum Technology），特別是量子運算，已進入最後一里的衝刺，各國也相繼投入更多資源。
據IBM研究所負責AI及量子運算的副總裁 Dario Gil，上周發表博客文章，預測隨著各國加快在量子運算研究，預計量子運算可開始應用AI領域。近期歐洲運用量子運算在AI取得突破，推出全球首個量子電腦上的神經網絡。
美國總統特朗普剛簽訂法令，美國聯邦政府會撥款12億美元，透過《國家量子倡議法案》（National Quantum Initiative Act），為期５年資助國內的量子資訊研究。從量子物理學原理驅動的量子運算，可提供比傳統超級電腦快上萬倍運算能力，有機會在多個研究領域帶來突破。
中國和歐洲皆大力投資量子運算；美國必須確保有關領域上保持優勢。
量子運算+AI
去年，歐盟也支持一項總投資額達10億歐羅的「量子技術旗艦計畫」（Quantum Technology Flagship），計畫為期10年；資助量子各個領域研究。
據Gil估計，踏入2019年，AI會從「狹窄」應用，即以機器學習及網絡保安等簡單的應用，作不同預測，進化至「普及化」AI應用；即是開發人員、企業、消費者，皆可直接從不同AI應用獲益。
量子演算法的核心，是從可控制的量子手糾纏及干擾，實現以來自疊加和複雜振幅；再以振幅產生的超大型的量子空間，通過演算法以助提供快速的AI算力。
Gil的觀點，也跟清華大學的姚期智教授，不謀而合。去年的11月，微軟亞洲研究院舉辦2018年的「二十一世紀的計算」研討會中，姚期智教授就以「崛起中的量子計算」作主旨演講。他從量子計算歷史和概念入手，解釋量子電腦研究進展。他表示，生產量子處理器的技術，已一一逐漸浮出了水面；其中有幾個選項的潛力較大；包括了超導量子比特、離子比特、鑽石量子比特、拓撲量子比特。未來，「量子運算+AI」將成時代主題，二者結合綻放新的火花。
上月，微軟推出了Azure上的量子運算程式開發套件「Quantum Development Kit 」預覽版，包括了專為量子運算而開發Q#程式設計語言、量子計算模擬器，以及幫助開發量子程式開發的各種資源；並深度整合到Visual Studio開發套件，以高階語言開發量子運算。
微軟也公佈在其開發量子電腦，成功以被稱為「馬約拉納費米子」（Majorana Fermion）天使粒子，減少了量子糾纏因受外來干擾的錯誤率，預計5年後可進入商用階段。
https://www.it-square.hk/archives/6179
不少人預期量子運算的早期，主要應用於化學分析，以模擬物質分子和化學反應，以推動開發新的材料、藥物或工業催化劑；甚至令高溫超導體可更早出現，解決能源遠程傳輸。而利用量子的模擬器（Quantum simulation），可以量子模擬自然界各種量子系統，相對於量子電腦而言，就不需完全控制每一個量子位元，更容易實現於應用上，以直接暸解複雜化學反應；研發出新的材料。
量子神經網絡
但量子物理定律也允許同時出現多狀態，面對複雜問題時，量子電腦有比傳統電腦更快解決問題能力。去年，IBM以IBM Q量子電腦證實了上述論點，顯示量子運算解決實際問題，不再是空中樓閣。
最近，義大利Pavia大學研究人員Francesco Tacchino領導的小組，竟利用IBM Q開發出首個AI單層人工神經網絡（Artificial neural network，ANN)），並在ArXiv期刊上發表了相關論文。Pavia大學研究被公認為AI在量子電腦上執行的突破。
Gil表示，全球已經有數以千計機構，透過IBM量子運算雲服務接觸量子運算，最終有可望改變如何執行AI運算。較早前，IBM與麻省理工亦在網上的MIT x PRO課程，開設一門量子電腦課程，以IBM Q和開發套件Qiskit，解釋量子運算各種原則。
目前，全球AI大規模運算，主要依託GPU或者FPGA來提供。去年底，英特爾全球最大的FPGA創新中心，落戶在中國重慶市。英特爾期望FPGA可打破GPU，尤其Nvidia在AI算力地位。
歐洲領先量子研究
不少歐洲大學皆有研究量子技術的深厚傳統。全球最先進高能物理的歐洲核子研究組織CERN屬下的CERN openlab，去年11月，就在瑞士舉行高能物理的量子運算工作坊，探討量子運算應用在日內瓦「大型強子對撞機」（Large Hadron Collider）的研究工作。
歐盟的「量子技術旗艦計畫」，並不限於量子運算，未來會投資一億三千二百萬歐羅在20研究項目上，涉及4大領域；除了上述的量子運算和量子模擬器，還包括了量子通訊（Quantum communication）和量子度量和傳感（Quantum metrology and sensing）。
量子通訊牢不可破
量子通訊是對稱式的加密技術，但被比現時通用的比非對稱加密，或者稱為公開金鑰加密（Public-key cryptography）更安全。不過公開金鑰加密的密鑰不管多長，仍有被破解幾風險。
量子通信就解決了這個問題，從理論和實踐上量子通信都證明瞭不可破解。原理是通訊雙方各自測量量子，基於量子力學的特性，只要雙方用上相同測量方式，就可得悉對方所獲得結果。量子糾纏的實驗，經量子糾纏的兩個粒子，測量出來的特性，必然會相反。
建立通訊的雙方，只要告知對方本身測量的方式，就能夠得到一些僅得兩方才能知道的訊息。只要雙方知道在哪些量子以相同方式測量，就可按協定方式來產生密鑰；假如中間有人想偷取訊息，竊聽者必須測量雙方交換密鑰時所用的全部量子。問題在量子力學的定律，一旦測量就影響了量子狀態，竊聽者馬上就會現身。
量子度量和傳感則透過量子疊加態及量子糾纏態，可感測到極之敏感的環境變化，可用於開發精確和靈敏的感測器，例如勘測地質及太空領域的重力感應。我們日常的GPS全球定位系統，就正是透過衛星上計時精確的原子鐘（Atom Clock），透過太空的微重力環境，透過原子團做超慢速勻速直線運動，測量這種運動可獲得較地面上更精密的原子譜線資訊，從而獲得超高精度原子鐘信號，才能計算出地面上精確位置。所以，量子傳感已經應用到日常生活。
量子運算也可發展出「量子遙傳」（Quantum teleportation），又稱隱形傳輸、量子隱形傳送、量子隱形傳態，是一種利用量子纏結，以傳送量子態至任意距離的技術。量子遙傳並不會傳送任何物質或能量，但在量子通訊與量子運算上，則相當有用。