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量子计算真正产业化还有多远?院士潘建伟这样说
日期:2021-04-27 16:04  点击:617

近日,中科大刚构建完成了包含62个比特可编程的超导量子处理器,这一实验成果将在不久后发布于《Science(《科学》)》杂志。根据公开资料,“62个比特”是目前国际上数目最大的一个超导量子计算处理器。

26日,在2021中国(安徽)科技创新成果转化交易会举办的“聚焦量子信息产业化”科技沙龙上,中国科学院院士、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长潘建伟透露了这一量子计算领域的最新进展。

他表示,现阶段,量子计算和量子信息技术已经进入了一个深化发展、快速突破的阶段。而在量子计算实验研究方面,中美两国你追我赶,二者的发展程度均处于世界领先位置。

此前,中国科学技术大学(下称“中科大”)上海研究院教授、潘建伟团队超导量子计算负责人朱晓波曾公开表示,谷歌53量子比特、保真度99.4%的超导量子系统代表着目前国际超导量子计算的顶尖水平。而中科大团队即将实现的60比特量子计算机,正是对标这一成绩,且要让处理器在解决同一问题时将难度提高三倍。

基于中科大的最新研究进展,潘建伟称,近期,中国可实现60个超导量子比特的高精度相干操纵,达到“量子计算优越性”。

去年12月,潘建伟等人构建76个光子的量子计算原型机“九章”,其处理高斯玻色取样问题比超级计算机“富岳”快一百万亿倍,这一突破使中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

“量子计算优越性”又称“量子霸权”(Quantum Supremacy),这一术语最早由美国理论物理学家约翰·普雷斯基尔(John Preskill)提出。2012年,他在《Quanta(量子)》杂志中将“量子霸权”定义为:量子计算机可以做到经典计算机所做不到的事情,无论这些任务是否有意义。

潘建伟表示,由于量子计算的计算能力随可操纵的量子比特数呈指数增长,其计算速度也有望比经典计算机快上几个量级,量子计算正成为量子信息技术的全球风口。例如,求解一个亿亿亿变量的方程组,利用亿亿次的经典超级计算机需要100年,而利用万亿次的量子计算机,只需0.01秒。

“我们希望能够通过10~15年的努力,让量子计算能够解决若干超级计算机无法胜任的、但又具有重大应用价值的问题。”他说,在经典密码破译、气象预报、金融分析、药物设计等军用或民用领域,量子计算都有极高的价值和应用前景。

同时,潘建伟还看好量子计算在人工智能领域的潜力。

他指出,在大数据时代,全球数据量呈指数型增长,而人类所拥有的计算能力却相当有限。目前,全世界的计算能力总和无法在一年内完成对290个数据的穷尽搜索。伴随摩尔定律逐渐逼近极限,传统算力发展模式也会受到严重制约。

“具体来说,依照传统模式,有两种算力提升的途径:一是加强芯片集成度,二是加大计算机能耗。”他称,当前,随着芯片集成度越来越高,晶体管的电路原理或将不再适用;此外,经典超级计算机带来的巨大能耗问题也不容忽视,例如,使用阿尔法狗下一盘围棋所需的耗电量大致相当于燃烧10吨煤。如何找到一种算力强又省电的模式,成为现阶段全球信息科技发展的重大问题,而量子计算为其提供了一种解决方式。

在潘建伟看来,“量子优越性”的实现,意味着中国进入了量子计算发展的第一阶段,在未来,中国仍要向两个更高的发展阶段迈进。在第二阶段,中国需构建操纵数百个量子比特的专用量子模拟器,以解决经典计算机无法胜任的复杂物理系统的规律问题,如高温超导机制;在第三阶段,中国则需构建出可编程的通用量子计算机。

此外,他还认为,将中国在量子计算领域的实验研究优势转化为现实可应用的技术,仍任重而道远。目前,距离量子计算实现真正产业化还很遥远。

他建议,国内量子信息技术的发展迫切需要高效率的协同创新,发挥量子光学、原子分子物理等多学科交叉的优势,并通过量子创新研究院等科研院所,凝聚起全国各地的优势力量。

对于潘建伟所提到的“量子计算仍需长时间积累才能实现大规模商用”的观点,合肥本源量子副总裁赵勇杰在上述沙龙中表示认同。

他进一步指出,未来量子计算的商用难题,并非体现在技术攻坚上,而是体现在产业化上。当前,从整体产业化水平来说,中国较欧美国家仍有差距。随着全球“量子霸权”的争夺日益激烈,如果等待国内量子计算的相关技术发展起来,再去考虑产业化,将为时已晚;相反,如果在发展相关技术的同时,提高产业化水平,产业化的发展将反过来催生相关技术的成熟。

对于量子计算的产业化,赵勇杰还认为,这不仅意味着要把量子计算机制造出来,还意味着要把量子计算机用好。在这一背景下,有两大细分赛道值得业界持续关注:一是量子计算机系统的整体研发,如芯片、基础性的控制硬件、相关技术的编译和开发软件等;二是量子计算的应用开发。

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