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一个大厂科学家的转场与突围

他一直努力把这些天才的成员融合在一起,让大家不断地碰撞出各种科学思想的火花,并把这些火花逐步的落在系统,软件和平台上。

文 | 高龙  来源 | 边码故事(tech-kk)

好奇心是研究所有学问的基础,这在张胜誉身上也不例外。演讲前的上午和他聊起他的成长经历。童年时在东北大庆长大,印象中,每年有好几个月都是大雪纷飞,白茫茫的世界是孤独和枯燥的。但他喜欢在枯燥的生活中寻找那些对很多人来说微不足道、常常被忽略的细节。

他好奇于楼房后面的一片小树林。那里据说有猫头鹰。张胜誉和其他几个小伙伴去找。但因为他们一般在天亮的时候去,很少找到过。在四楼居住的他喜欢聆听楼道里的脚步声,慢慢能分辨出楼道里不同邻居的足音。他小时候还曾好奇昆虫是否需要呼吸,就用透明的果冻小圆盒倒扣住一只苍蝇,下面环绕着水,结果观察到苍蝇的腿逐渐开始颤抖。

这些看起来稀松平常的景象和游戏,也许和张胜誉日后处理“量子比特”时需要的好奇心和观察力有丝丝缕缕的关系。

在传统计算机性能增长越来越困难的情形下,科学界认为量子计算机会成为未来科技的引擎之一。探索全新物理原理的高性能计算技术的需求提上日程。面对这一机遇与挑战并存的领域,2017年,腾讯筹备组建量子实验室团队,2018年初,在香港中文大学计算机系任终身教授的张胜誉从学界转场,担当起创建并管理这个初生团队的重任。快4年时间过去了,量子实验室团队在一个有幸被赋予较高自由度的状态下探索和成长,它的框架和目标已逐渐稳定、清晰。

今年12月初,在广州举行的湾区科创峰会上,张胜誉做了一场演讲。在演讲中,张胜誉提到一个新角色“产业科学家”,要同时兼具科技、管理和商业能力。对他而言,这是一直在不断适应并接受挑战的过程。演讲前,有一个多小时的完整时间,我们聊到了他的童年,求学经历,为什么从数学转向计算机,又为什么加入腾讯,以及在量子世界内外的困境与快乐。

0和1: 数学之恋

演讲开始前,张胜誉进行了一次彩排。他描述自己“其实每次一般性演讲上台之前都会紧张”, 不像以前作教授时给学生上课或在学术会议上分享研究成果时那么轻松。在他身后的长屏幕上,写着他的身份:腾讯杰出科学家、腾讯量子实验室创建人和负责人。在21世纪的第三个十年,量子计算已经从之前的学术领域加速进入到未来重要的应用场景,他身份的转变也恰好处于这个历史进程中。

张胜誉在南方已经工作、生活了十几年。他成长的地方,却在数千公里之遥。

在他的记忆里,每年有好几个月,大庆大雪纷飞。那种白色过目难忘。冬天,每个单位前都会有很多的冰灯。

▲ 童年,在大庆和姐姐在一起。

父母对他的影响体现在精致细腻的思维当中。

作为地质学家的父亲,在大庆油田从事石油勘探,是祖国早期的地质科研人员。父亲对细节的追求影响了他现在的工作习惯。“我后来做算法和复杂性理论研究,很多东西都要分析得很细,把能节省的资源尽量节省下来。我觉得这可能受到了父亲做事那种洁净精微的方式的影响。”父亲另一个对他重要的影响是,父亲虽然做事慢,但是很有耐心和毅力,为了做好一件事,不惜花费很长时间。这也让张胜誉习惯在科研的道路上用相对较长的时间来安心做有趣的难题。

对张胜誉的工作和专业需要的数学来说,直接影响他更多的是母亲。

母亲是数学老师,大部分时间都在教中学数学。她后来靠下班时间自学考取大专。母亲每天等他们睡着了,才开始复习。母亲速算能力和对高等数学新知识的学习速度都是惊人的快,也经常在张胜誉小的时候带他和姐姐回家的路上出各种题目比谁算的快,这些都让他从小对数学充满兴趣。

母亲在家里买的很多数学书也无形中影响了张胜誉。在没有电视之前,张胜誉没事就翻这些书。慢慢地,他对数学渐生情窦。他小时候对数字比较敏感,比如圆周率的约率是22/7和密率355/113,他看一遍就被深深吸引,从而再也不会忘。除了数字之外,有一些有趣的题目也让他着迷。他清楚地记得,他有一次执迷于一道排列组合题,但只能用“笨办法”慢慢计算。母亲回到家后告诉他,“你不用这么数,其实有一个更好的办法,我可以直接告诉你一个公式。”他觉得很神奇,一个很简单的公式就能把所有的情况都包含进去,而且用公式就可以快速计算出来。这让他对普适性的数学和物理规律感到崇拜和痴迷。

无形的数学教育对他的影响在张胜誉上幼儿园时就体现了出来。当时,大庆市举办第一届幼儿园智力竞赛,张胜誉拿了全市的个人第一名的个人奖,也因此获得了一辆三轮车。

张胜誉小学成绩突出,跳过一级。但他小时候的经历并不是一个各门学科都是模版化的好学生形象。他小时候一度觉得自己有短期记忆障碍。他说,自己刚学一个简单的英语单词seven就怎么都记不住。后来,他就用硬功夫,嘴里念s-e-v-e-n,然后写下满满一张纸的seven。经过这样的笨拙的肌肉记忆才可以最终过关。这种挫折让他知道,自己在不同的方面有不同的优劣势,在不足的地方要加倍努力,才能走的更远。上小学最后一年时,全家迁到了山东,在那里他看到了周围同学普遍的勤奋刻苦。初中时,他曾经想学其他同学酷一点,自称抽过“三根半烟”,但总咳嗽,到第四根时就抽不动放弃了。他觉得有些事情不属于自己,强求不来。

1995年,张胜誉考入复旦大学数学系。在邯郸路220号,张胜誉度过了弥漫着理想主义的四年。回忆起复旦北区的漂亮校园,他至今醉心:像“小王国”一样的数学楼,是复旦保留下来的为数不多的老建筑,是他在专业领域登堂入室的殿堂。

读书期间,张胜誉知道了领域内的大牛前辈华罗庚和陈省身。他记下了华罗庚的几句名言,“聪明在于勤奋,天才在于积累”,“(做数学要)拳不离手,曲不离口”。

四年后,张胜誉被保送到清华大学计算机系。他对理论计算机科学产生了浓厚的兴趣。当时他的导师是应明生老师,他从应老师身上学到很多严谨而聪慧的治学方法。

▲ 在清华,毕业时。

在清华,张胜誉见过陈省身一次。那是2001年,陈省身到清华小范围座谈,张胜誉是参加者之一。陈省身的一席话让张胜誉触动很大。陈老说,很多人都强调数学的直觉,但我可以负责任地说,在我认识的人中,我从没看见任何一个人平白无故地有数学的直觉。对一个很困难数学问题产生很好直觉的,都是在这个领域认真想过做过的。只不过有的人快一些,有的人慢一些。陈省身谈话的祛魅目的给了张胜誉很大鼓舞。他觉得,也许大家的起点差距没有想的那么大。只要足够认真和坚持,就可以逐渐深入的理解一些乍一看是遥不可及的数学和理论计算机问题。

Ψ:量子计算

在清华读研期间,张胜誉对后来职业生涯最重要的经历,就是邂逅了量子计算的内容,并确定了自己的专业兴趣。他第一次接触了那个似乎含有魔力的“量子比特”符号:|Ψñ。在量子信息处理这个领域,张胜誉逐渐展示出科研的能力。在读了刚出版的教科书《量子计算与量子信息》第二章的时候,他对一个关于量子态无错分辨的习题只问了定性构造,而没有定量分析感到不满意。尝试了十几天之后,他给出了对量子态无错分辨效率的一个上界,结果很快发表在美国物理学会的刊物Physical Review A上。在这之后的一年内,他在国际期刊上发表了5篇论文。2002年,他被评为清华大学“学术新秀”,而且是那一年12个获奖人中唯一的硕士(其余为博士)。

二十年后——2021年12月的这个下午——面对一众媒体,张胜誉阐述了量子计算的现状。数十年的砥砺后,他已从青涩的学生成长为业内资深专家。

“以前大家经常说量子计算的进展是缓慢而稳定,最近十年,大家不再说量子计算进展缓慢了,而且在稳定中不时出现一些跳跃式的进展,”张胜誉介绍,“一些国外大企业和高校中的大组,每一年都会有一些相对重磅的新闻产品发布。国内也不甘落后。国内高校和企业从不同的维度去开展相应的研发。”

目前世界一些商业机构已经提供量子计算的产品或服务。比如IBM提供量子计算处理器的远程服务。加拿大D-Wave Systems公司是一家商用量子计算机公司。其官网宣称,旗下量子计算系统已经获得了两百多次商业应用。但其每套量子计算系统售价高达人民币数千万元。这说明量子计算离“飞入寻常百姓家”的成熟阶段还有很长的路要走。

二十年前,张胜誉接触量子计算,是从“量子比特”这样的基本概念开始的。

量子比特并非像传统计算机比特那样,代表一个0或1的数值,而是代表一个可以处于0和1之间的状态。汉语中最能对应这种形态的一个词就是“模棱两可”。量子比特一般由如下的公式定义:

|Ψ>= m|0> + n|1>

这个乍一看让人疑惑的符号| >是一个描述Ψ状态的符号。0和1前面的m和n代表着量子比特最终变为两个二进制数字的概率。当m等于n时,信息熵——也就是量子比特的不确定性——最大。

一个自然产生的问题是:0和1如此简单,为何引入量子比特,让问题复杂化?问题就在于它们太简单了。简单有简单的代价。

我们可以这样来理解量子态:我们将量子比特Ψ的状态,比作快递小哥老王。老王送快递,在中关村和后厂村两地奔波。按传统的计算操作,老王只有两种选择:据守在中关村或后厂村的一端(也就是0或1)。量子比特,就是在两地之间造了一个圆球,圆球上每一个点,都是一个量子状态。理论上讲,这样的量子状态是无限的。每个点到中关村和后厂村的距离,就构成了一对概率组合,也就是我们在公式中提到的m和n。

如果按照传统的计算操作,老王会据守在中关村。如果他接到的派送任务大多数都在中关村,他就会省去大量精力和时间。但假设一些庞大的任务,大多数要求送到后厂村,老王的麻烦就大了。大多数包裹——就是海量的比特——会让老王应接不暇。当以亿为单位的比特出现在老王面前时,中关村到后厂村就变成了中关村到比邻星。

所以,传统的0和1(也就是中关村和后厂村)两级分化的计算模式有巨大的桎梏。这是二维的局限性。从两级变为圆球,就是从二维变成三维。维度升级后,灵活性革命性地增强。

这就是量子计算的优势。它将原来的只有有限点的离散概率空间变为有无限点的连续概率空间。老王可以在圆球上任意一点待命。所以,量子计算的内核之一是设计和计算概率组合。老王接到的包裹,按照分别送达到中关村到后厂村的比例不同,老王就选择在相应的最佳圆球点上守候,以最大限度节省自己的能量和时间。所以,量子计算的根本任务就是如何最优地减少老王在路途的能量和时间消耗。

“一般大家说材料、制药、金融、交通调度等应用场景的问题,是可以展示量子计算力量的地方,大规模通用量子计算机研制出来之后,在这些领域有望取得颠覆性的突破。当然现在科技界还在研发的过程中,把这些应用场景中能用量子计算提升的问题确认出来,研究清楚到底量子计算能帮助到什么程度,如何帮助,经典计算又能如何辅助,如何最终通过量子计算实现这些突破,这些都还有一段时间要走,需要整个科技界踏实的探索和实现。”张胜誉如是说。

此时,距离张胜誉2002年去普林斯顿大学读博,已经十几年了。

那是一段让人精疲力竭的留学经历,犹如烈火淬炼,绝非外界度测的那般写意。“留学生遇到的惨痛的方面我似乎都遇到了。”张胜誉这样描述他在普林斯顿的经历。

▲ 普林斯顿研究生宿舍(Graduate College)。图 / 普林斯顿大学官网

在前两年,张胜誉遇到很大困难。那个时期的普林斯顿计算机系课业要求以严苛著称。系里要求在三个领域修六门课,每个领域选两门课;6门课均须拿到A-或A。

一些核心课程的要求很高,他在国内相关的学习背景不足,需要在这里拼命补上。在第一年学习这些课程的时候,有6个月,张胜誉每天只睡3小时。他每天早上5点从办公室回宿舍,9点又得上课。那段时间,他最大的渴望就是每天多睡一个小时。

超负荷学习让张胜誉身体不堪重负。很长一段时间里他感觉始终都有耳鸣。有一个学期快结束的时候,他突发高烧失去意识被送到医院。护士说他情况危急,必须住院。他当时想的是,“现在恐怕没有时间住院!”

“那是一个没有人跟你讲同情的地方,很现实。成功了你是一个强者,大家认为OK,你可以继续走下去;不成功了,你就别待在这儿,非常现实和残酷。”在广州的这天上午,记者问起这段艰辛的求学岁月,张胜誉这样回忆往事。“不过特别好的一面是,它帮助我多一份坚毅。而且在最低谷的时候,让我体会到了很多不一样的滋味,这对于我了解生活,理解自己和他人,都有很大的帮助。

”3年9个月,张胜誉终于“上岸”。对普林斯顿计算机系的PhD来说,这是一个很快的毕业速度。之后,他去加州理工学院做了两年博士后,后加盟香港中文大学。在港中大,他的主要研究方向之一就是量子计算。

除了学习课程之外,博士期间最重要的任务是做科研。在普林斯顿,张胜誉的导师是大名鼎鼎的计算机科学家、“图灵奖”获得者姚期智。他们每两个星期见一次。姚期智的办公室一尘不染,有一块写完字随即擦掉的黑板。张胜誉评价导师,“他是很严谨的人,同时思维推进的非常快。他在学术上有很深刻的思想,能把很多物理的直觉融入到理论计算机科学里。当别人在讨论桌面上有什么现象时,他能够看到桌子下面到底发生了什么。他能提理论,也能解难题。”姚期智让张胜誉看到了真正顶级科学家的能力高度,他也在和姚期智的不断交流中快速增长了做硬核研究的能力。

除了直锥要害的洞见,让张胜誉印象深刻的,还有姚期智看待问题时不为俗见左右的独立态度。2016年6月,发现引力波的新闻引起全球轰动。彼时,张胜誉夫妇和姚期智夫妇在香港九龙塘一起吃饭。期间,他们讨论了引力波的新闻。张胜誉说,“现在全世界都很兴奋。”姚期智则说,“你觉得这事是不是值得这么兴奋?”张胜誉感觉姚期智的意思,是说观测到引力波虽然伟大,但只是验证了一百年前爱因斯坦的理论,而对人类扩展知识疆域的作用和爱因斯坦的当年的理论相比,作用是有限的。

⊗:升维

2018年年初,张胜誉正式加盟腾讯,任量子实验室负责人。

加盟之前,他已在香港中文大学任终身教授多年,和原本从事实验物理的太太以及他们的两个孩子,在香港有着相对安稳的工作和生活。

但刚刚40不惑的张胜誉并不希望安于平稳,不喜欢在同样的水平上重复自己,他希望学术上有更多的挑战,以及一些跨领域的尝试。所以当腾讯的offer发来的时候,他没有任何犹豫的就放弃了自己稳定的终身教职,选择了新的挑战,他希望能在一个新的平台上做出一些不一样的东西。

加盟腾讯后,张胜誉过起了深港“双城记”的生活。虽然辛苦,但激情被重新点燃的感觉让他常常忘记疲惫。

在12月广州举办的这次峰会上,张胜誉将产业科学家的工作分成三个层面:科技、管理和商业。此前在香港中文大学绝大部分时间花在科研和教学的他,如今需要把多半的时间用在管理工作上。

张胜誉这样对比学校研究和管理工作的不同:自己学生时代可以连续3个月每天工作12个小时只聚焦做一个问题,不用考虑任何其他事情;作为一个管理者每天都需要不停地切换场景,处理很多纷繁的事情,而且大多数事情都需要快速决策。

对工作角色而言,张胜誉实现了维度的提升。这像他在计算中经常使用的符号张量积⊗。⊗是量子计算中最重要的符号之一。张量积的重要使命就是聚合和升维。张量积让两个矩阵按照一定规则相乘,从而让新矩阵对应的向量维度剧增。张量积也是量子计算中甄别量子纠缠态的重要概念。

刚来公司的那段日子,要快速进入很多崭新的角色和领域,时间紧、任务重、压力颇大,张胜誉用“很多时候甚至是蛮绝望的”来描述。对于刚涉足管理的他来说,要面对各种挑战:如何招聘人才,选定哪些研发方向,营造什么内部环境,抵抗哪些外部不利因素的影响;如何平衡创新需要的自由空间和开发需要的强执行力之间的平衡等等。在处理这些挑战的过程中,张胜誉经常想起几句激励的话送给自己。觉得疲惫和心烦的时候,他会想起《周易.象传》、也是作为清华校训的“天行健,君子以自强不息”,不让自己懈怠;觉得孤独无助的时候,他会想起王阳明的“心外无物心外无理”,向内求法;在面临道德选择的时候,他会想起姜子牙的“宁在直中取,不向曲中求”,保持德行的初心;在面临很多俗世的喧嚣而烦乱,甚至怀念校园的静谧的时候,他会想起《增广贤文》中的“厌静还思喧,嫌喧又忆山。自从心定后,无处不安然”,来告诉自己混乱的不是环境,而是自己的内心。

直到实验室成立的第三年,团队框架比较稳定了,实验室方向也才越来越清晰了。

团队成员一半是国外名校博士,另一半是国内名校博士,涉及了数学、物理、化学、计算机、医药、材料和电子工程等一众专业。他一直努力把这些天才的成员融合在一起,让大家不断地碰撞出各种科学思想的火花,并把这些火花逐步的落在系统,软件和平台上。

▲ 腾讯量子实验室团建。

张胜誉在量子实验室的同事郑一聪谈到了一群牛人共事时的场景,“有时内部业务讨论遇到僵局,会反复沟通讨论,再来协调。”郑一聪将张胜誉的管理称之为“学者风格”。

实验室一直到现在也没有设定KPI。张胜誉很感激公司给的信任和自由度,但自己内心却一刻都没有放松过,甚至一直感觉压力最大的地方就是信任和自由度本身,“给了人力,财力和时间的资源和自由度,如果做不好,是不是部门第一负责人的问题?随着一个实验室成立发展的时间越来越长,公司会逐步有期待,我们也要不负众望。”

实验室成立的前两年,大厂之间的人才竞争曾经比较激烈。“但我觉得到现在人才竞争已经不是最关键的问题了。一个候选人最终选哪个团队,要看团队发展,公司文化,以及双方的气场是不是契合。”腾讯量子团队的离职率低得惊人, 张胜誉觉得虽然这说明成员对团队的高度认同,但作为管理者,他也要很努力的维持团队的高质量,冲劲和持续的创造力。

“量子计算是非常具有前瞻性、正在稳步往前发展的一个领域。未来值得期待的东西很多。”在12月那天演讲后,面对媒体时,张胜誉这样憧憬未来,“量子计算最终会影响人类某些方面的进程,但这需要全球科学家一起努力去找到并落实具体应用,把量子计算的巨大潜能尽早展示出来。这个探究的过程本身在科学上是非常不平凡的一件事,对我个人的人生而言,能够不断迎接挑战再解决问题,这个持续进展的过程也是最幸福的事。”

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