量子計算真正產(chǎn)業(yè)化還有多遠？院士潘建偉這樣說
在10-15年后，量子計算機或可解決若干經(jīng)典超級計算機無法勝任的、又具有重大應(yīng)用價值的問題。
近日，中科大剛構(gòu)建完成了包含62個比特可編程的超導(dǎo)量子處理器，這一實驗成果將在不久后發(fā)布于《Science（《科學(xué)》）》雜志。根據(jù)公開資料，“62個比特”是目前國際上數(shù)目最大的一個超導(dǎo)量子計算處理器。
26日，在2021中國（安徽）科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化交易會舉辦的“聚焦量子信息產(chǎn)業(yè)化”科技沙龍上，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院院長潘建偉透露了這一量子計算領(lǐng)域的最新進展。
他表示，現(xiàn)階段，量子計算和量子信息技術(shù)已經(jīng)進入了一個深化發(fā)展、快速突破的階段。而在量子計算實驗研究方面，中美兩國你追我趕，二者的發(fā)展程度均處于世界領(lǐng)先位置。
此前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（下稱“中科大”）上海研究院教授、潘建偉團隊超導(dǎo)量子計算負責(zé)人朱曉波曾公開表示，谷歌53量子比特、保真度99.4%的超導(dǎo)量子系統(tǒng)代表著目前國際超導(dǎo)量子計算的頂尖水平。而中科大團隊即將實現(xiàn)的60比特量子計算機，正是對標這一成績，且要讓處理器在解決同一問題時將難度提高三倍。
基于中科大的最新研究進展，潘建偉稱，近期，中國可實現(xiàn)60個超導(dǎo)量子比特的高精度相干操縱，達到“量子計算優(yōu)越性”。
去年12月，潘建偉等人構(gòu)建76個光子的量子計算原型機“九章”，其處理高斯玻色取樣問題比超級計算機“富岳”快一百萬億倍，這一突破使中國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。
“量子計算優(yōu)越性”又稱“量子霸權(quán)”（Quantum Supremacy），這一術(shù)語最早由美國理論物理學(xué)家約翰·普雷斯基爾（John Preskill）提出。2012年，他在《Quanta（量子）》雜志中將“量子霸權(quán)”定義為：量子計算機可以做到經(jīng)典計算機所做不到的事情，無論這些任務(wù)是否有意義。
潘建偉表示，由于量子計算的計算能力隨可操縱的量子比特數(shù)呈指數(shù)增長，其計算速度也有望比經(jīng)典計算機快上幾個量級，量子計算正成為量子信息技術(shù)的全球風(fēng)口。例如，求解一個億億億變量的方程組，利用億億次的經(jīng)典超級計算機需要100年，而利用萬億次的量子計算機，只需0.01秒。
“我們希望能夠通過10~15年的努力，讓量子計算能夠解決若干超級計算機無法勝任的、但又具有重大應(yīng)用價值的問題�！彼f，在經(jīng)典密碼破譯、氣象預(yù)報、金融分析、藥物設(shè)計等軍用或民用領(lǐng)域，量子計算都有極高的價值和應(yīng)用前景。
同時，潘建偉還看好量子計算在人工智能領(lǐng)域的潛力。
他指出，在大數(shù)據(jù)時代，全球數(shù)據(jù)量呈指數(shù)型增長，而人類所擁有的計算能力卻相當有限。目前，全世界的計算能力總和無法在一年內(nèi)完成對290個數(shù)據(jù)的窮盡搜索。伴隨摩爾定律逐漸逼近極限，傳統(tǒng)算力發(fā)展模式也會受到嚴重制約。
“具體來說，依照傳統(tǒng)模式，有兩種算力提升的途徑：一是加強芯片集成度，二是加大計算機能耗。”他稱，當前，隨著芯片集成度越來越高，晶體管的電路原理或?qū)⒉辉龠m用；此外，經(jīng)典超級計算機帶來的巨大能耗問題也不容忽視，例如，使用阿爾法狗下一盤圍棋所需的耗電量大致相當于燃燒10噸煤。如何找到一種算力強又省電的模式，成為現(xiàn)階段全球信息科技發(fā)展的重大問題，而量子計算為其提供了一種解決方式。
在潘建偉看來，“量子優(yōu)越性”的實現(xiàn)，意味著中國進入了量子計算發(fā)展的第一階段，在未來，中國仍要向兩個更高的發(fā)展階段邁進。在第二階段，中國需構(gòu)建操縱數(shù)百個量子比特的專用量子模擬器，以解決經(jīng)典計算機無法勝任的復(fù)雜物理系統(tǒng)的規(guī)律問題，如高溫超導(dǎo)機制；在第三階段，中國則需構(gòu)建出可編程的通用量子計算機。
此外，他還認為，將中國在量子計算領(lǐng)域的實驗研究優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實可應(yīng)用的技術(shù)，仍任重而道遠。目前，距離量子計算實現(xiàn)真正產(chǎn)業(yè)化還很遙遠。
他建議，國內(nèi)量子信息技術(shù)的發(fā)展迫切需要高效率的協(xié)同創(chuàng)新，發(fā)揮量子光學(xué)、原子分子物理等多學(xué)科交叉的優(yōu)勢，并通過量子創(chuàng)新研究院等科研院所，凝聚起全國各地的優(yōu)勢力量。
對于潘建偉所提到的“量子計算仍需長時間積累才能實現(xiàn)大規(guī)模商用”的觀點，合肥本源量子副總裁趙勇杰在上述沙龍中表示認同。
他進一步指出，未來量子計算的商用難題，并非體現(xiàn)在技術(shù)攻堅上，而是體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化上。當前，從整體產(chǎn)業(yè)化水平來說，中國較歐美國家仍有差距。隨著全球“量子霸權(quán)”的爭奪日益激烈，如果等待國內(nèi)量子計算的相關(guān)技術(shù)發(fā)展起來，再去考慮產(chǎn)業(yè)化，將為時已晚；相反，如果在發(fā)展相關(guān)技術(shù)的同時，提高產(chǎn)業(yè)化水平，產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展將反過來催生相關(guān)技術(shù)的成熟。
對于量子計算的產(chǎn)業(yè)化，趙勇杰還認為，這不僅意味著要把量子計算機制造出來，還意味著要把量子計算機用好。在這一背景下，有兩大細分賽道值得業(yè)界持續(xù)關(guān)注：一是量子計算機系統(tǒng)的整體研發(fā)，如芯片、基礎(chǔ)性的控制硬件、相關(guān)技術(shù)的編譯和開發(fā)軟件等；二是量子計算的應(yīng)用開發(fā)。
