11月18日，在第五屆世界聲博會(huì)暨2022科大訊飛1024全球開發(fā)者節(jié)開幕式上，中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉分享了關(guān)于量子計(jì)算未來15年的發(fā)展?jié)摿εc計(jì)劃，“我們希望在未來5年實(shí)現(xiàn)量子糾纏，然后完成數(shù)百個(gè)乃至數(shù)千個(gè)量子比特的相干操縱，以解決量子化學(xué)、新材料設(shè)計(jì)和優(yōu)化算法里的一些問題。同時(shí)我們希望能夠通過10至15年的努力，實(shí)現(xiàn)在密碼分析和大數(shù)分解等方面的應(yīng)用。”
在現(xiàn)場(chǎng)，潘建偉分析了一組數(shù)據(jù)對(duì)比。在1943年首臺(tái)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建后，每秒鐘大概能計(jì)算5000次。當(dāng)時(shí)IBM的總裁預(yù)測(cè)，這樣強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)全球只需要5臺(tái)就足夠了。但到了2010年，智能手機(jī)每秒可以處理的計(jì)算達(dá)到15萬億次。也就是說1943年的計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在每個(gè)人手上都有幾十億臺(tái)。
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“從這個(gè)角度來看，我們對(duì)數(shù)據(jù)的需求，對(duì)計(jì)算能力的需求是處于急速增長(zhǎng)中的。”潘建偉說，發(fā)展計(jì)算能力一般是通過加強(qiáng)晶體管的集成度，目前晶體管的尺寸已經(jīng)達(dá)到4個(gè)納米，在未來不到10年的時(shí)間里，它可能就會(huì)達(dá)到亞納米尺寸。這個(gè)時(shí)候量子效應(yīng)就會(huì)開始發(fā)生作用。
這意味著什么？潘建偉做了一個(gè)形象的比喻：如果說要分解300萬大數(shù)據(jù)，用目前萬億次的經(jīng)典計(jì)算機(jī)大概需要15萬年，用量子計(jì)算機(jī)只需要一秒鐘。
量子計(jì)算為什么這么強(qiáng)大？潘建偉解釋說，量子計(jì)算的能力隨著糾纏粒子的數(shù)目增加而指數(shù)增長(zhǎng)。在經(jīng)典世界里，手機(jī)和電腦中的比特處于0或1的狀態(tài)，但量子系統(tǒng)里就可以處于0+1，當(dāng)有50個(gè)比特，在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)里，只能處于2的50次方個(gè)狀態(tài)中的某一個(gè)。到了量子世界，它就可以處于2的50次方種狀態(tài)的相干疊加。
前景聽起來非常光明，這樣的量子計(jì)算機(jī)什么時(shí)候能造出來？
潘建偉說道，其實(shí)量子計(jì)算的概念在上世紀(jì)80年代就被提出來，經(jīng)過科學(xué)家將近40多年的努力，才達(dá)到了第一階段。因?yàn)檫@個(gè)路太長(zhǎng)，所以整個(gè)領(lǐng)域的專家把量子計(jì)算的發(fā)展分成三個(gè)階段。
第一個(gè)階段，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)50個(gè)粒子左右的相干操縱。“一旦達(dá)到45個(gè)粒子，它的計(jì)算能力就跟目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)差不多。一旦達(dá)到100個(gè)粒子，它就是目前全球計(jì)算能力總和的100萬倍。”潘建偉說。
目前，在某些特定計(jì)算上，針對(duì)若干問題，比如玻色取樣組合優(yōu)化，計(jì)算能力能夠超過現(xiàn)在的超級(jí)計(jì)算機(jī)。“這已經(jīng)在這一兩年順利完成了。”潘建偉說。
那科學(xué)家目前在做什么？因?yàn)榱孔佑?jì)算特別容易出錯(cuò)，所以必須找到某種手段讓計(jì)算過程中不發(fā)生錯(cuò)誤，這個(gè)手段就是量子糾纏，能確保計(jì)算中發(fā)生的錯(cuò)誤在計(jì)算過程中消除。潘建偉目前正在做的就是這件事，他和他的團(tuán)隊(duì)希望能夠通過4至5年的時(shí)間完成。
在完成這個(gè)目標(biāo)之后，如果能夠操縱數(shù)百個(gè)乃至數(shù)千個(gè)量子比特，就可以構(gòu)建專用量子計(jì)算機(jī)，這在某些方面具有重大的科學(xué)意義，即解決目前超級(jí)計(jì)算機(jī)完全沒辦法求解的物理問題、化學(xué)問題、醫(yī)學(xué)問題。潘建偉繼續(xù)說道，“通過10至15年的努力，我們?cè)诩m錯(cuò)順利完成的基礎(chǔ)之上，希望能夠構(gòu)建通用量子計(jì)算機(jī)。”
在演講的最后，潘建偉總結(jié)稱，“未來盡管離我們還稍稍有點(diǎn)遠(yuǎn)，但正在以非?？斓乃俣认蛭覀冏邅?。”
標(biāo)簽： 中科院院士 量子計(jì)算機(jī)
