量子計(jì)算真正產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)？院士潘建偉這樣說

　　在10-15年后，量子計(jì)算機(jī)或可解決若干經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)無法勝任的、又具有重大應(yīng)用價(jià)值的問題。

　　近日，中科大剛構(gòu)建完成了包含62個(gè)比特可編程的超導(dǎo)量子處理器，這一實(shí)驗(yàn)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(gè)比特”是目前國(guó)際上數(shù)目最大的一個(gè)超導(dǎo)量子計(jì)算處理器。

　　26日，在2021中國(guó)（安徽）科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化交易會(huì)舉辦的“聚焦量子信息產(chǎn)業(yè)化”科技沙龍上，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)潘建偉透露了這一量子計(jì)算領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

　　他表示，現(xiàn)階段，量子計(jì)算和量子信息技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)深化發(fā)展、快速突破的階段。而在量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究方面，中美兩國(guó)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(guó)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(tuán)隊(duì)超導(dǎo)量子計(jì)算負(fù)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(guó)際超導(dǎo)量子計(jì)算的頂尖水平。而中科大團(tuán)隊(duì)即將實(shí)現(xiàn)的60比特量子計(jì)算機(jī)，正是對(duì)標(biāo)這一成績(jī)，且要讓處理器在解決同一問題時(shí)將難度提高三倍。

　　基于中科大的最新研究進(jìn)展，潘建偉稱，近期，中國(guó)可實(shí)現(xiàn)60個(gè)超導(dǎo)量子比特的高精度相干操縱，達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”。

　　去年12月，潘建偉等人構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，其處理高斯玻色取樣問題比超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬億倍，這一突破使中國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。

　　“量子計(jì)算優(yōu)越性”又稱“量子霸權(quán)”（Quantum Supremacy），這一術(shù)語最早由美國(guó)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(jì)算機(jī)可以做到經(jīng)典計(jì)算機(jī)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(jì)算的計(jì)算能力隨可操縱的量子比特?cái)?shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)，其計(jì)算速度也有望比經(jīng)典計(jì)算機(jī)快上幾個(gè)量級(jí)，量子計(jì)算正成為量子信息技術(shù)的全球風(fēng)口。例如，求解一個(gè)億億億變量的方程組，利用億億次的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)需要100年，而利用萬億次的量子計(jì)算機(jī)，只需0.01秒。

　　“我們希望能夠通過10~15年的努力，讓量子計(jì)算能夠解決若干超級(jí)計(jì)算機(jī)無法勝任的、但又具有重大應(yīng)用價(jià)值的問題。”他說，在經(jīng)典密碼破譯、氣象預(yù)報(bào)、金融分析、藥物設(shè)計(jì)等軍用或民用領(lǐng)域，量子計(jì)算都有極高的價(jià)值和應(yīng)用前景。

　　同時(shí)，潘建偉還看好量子計(jì)算在人工智能領(lǐng)域的潛力。

　　他指出，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，全球數(shù)據(jù)量呈指數(shù)型增長(zhǎng)，而人類所擁有的計(jì)算能力卻相當(dāng)有限。目前，全世界的計(jì)算能力總和無法在一年內(nèi)完成對(duì)290個(gè)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(huì)受到嚴(yán)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(qiáng)芯片集成度，二是加大計(jì)算機(jī)能耗。”他稱，當(dāng)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(jí)計(jì)算機(jī)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(dāng)于燃燒10噸煤。如何找到一種算力強(qiáng)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(jì)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(shí)現(xiàn)，意味著中國(guó)進(jìn)入了量子計(jì)算發(fā)展的第一階段，在未來，中國(guó)仍要向兩個(gè)更高的發(fā)展階段邁進(jìn)。在第二階段，中國(guó)需構(gòu)建操縱數(shù)百個(gè)量子比特的專用量子模擬器，以解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)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(jī)制；在第三階段，中國(guó)則需構(gòu)建出可編程的通用量子計(jì)算機(jī)。

　　此外，他還認(rèn)為，將中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究?jī)?yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)可應(yīng)用的技術(shù)，仍任重而道遠(yuǎn)。目前，距離量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)真正產(chǎn)業(yè)化還很遙遠(yuǎn)。

　　他建議，國(guó)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(shì)，并通過量子創(chuàng)新研究院等科研院所，凝聚起全國(guó)各地的優(yōu)勢(shì)力量。

　　對(duì)于潘建偉所提到的“量子計(jì)算仍需長(zhǎng)時(shí)間積累才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用”的觀點(diǎn)，合肥本源量子副總裁趙勇杰在上述沙龍中表示認(rèn)同。

　　他進(jìn)一步指出，未來量子計(jì)算的商用難題，并非體現(xiàn)在技術(shù)攻堅(jiān)上，而是體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化上。當(dāng)前，從整體產(chǎn)業(yè)化水平來說，中國(guó)較歐美國(guó)家仍有差距。隨著全球“量子霸權(quán)”的爭(zhēng)奪日益激烈，如果等待國(guó)內(nèi)量子計(jì)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(shí)已晚；相反，如果在發(fā)展相關(guān)技術(shù)的同時(shí)，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(duì)于量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化，趙勇杰還認(rèn)為，這不僅意味著要把量子計(jì)算機(jī)制造出來，還意味著要把量子計(jì)算機(jī)用好。在這一背景下，有兩大細(xì)分賽道值得業(yè)界持續(xù)關(guān)注：一是量子計(jì)算機(jī)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(jì)算的應(yīng)用開發(fā)。