中科院院士潘建偉：希望10至15年構建通用量子計算機

11月18日，第五屆世界聲博會暨2022科大訊飛全球1024開發者節在合肥拉開序幕。眾多院士學者、產業領袖、行業知名專家與生態開發者雲集於此，共同探討人工智能技術的最新進展和廣闊應用前景。

開幕式上，中國科學院院士潘建偉發表演講，分享了量子計算的發展現狀並展望未來。

潘建偉表示，經過科學家40多年的努力，目前已達到量子計算的第一階段。他期望通過10-15年的努力，在順利實現量子糾錯的基礎上，構建通用的量子計算機。

“我們希望在未來5年實現量子糾纏，然後完成數百個乃至數千個量子比特的相干操縱，以解決量子化學、新材料設計和優化算法裏的一些問題。同時我們希望能夠通過10至15年的努力，實現在密碼分析和大數分解等方面的應用。”

人類對計算能力的需求極速增長

當前，中國在量子技術方面有一定引領地位。潘建偉表示，量子信息已經在信息科學、能源科學、生命科學和材料科學等各個方面，都起到了巨大的推動作用。但是在發展的過程中，也面臨一些問題。

在現場，潘建偉分析了一組數據對比。

在1943年首台計算機創建後，每秒鐘大概能計算5000次。當時IBM總裁預測，這樣強大的計算機全球只需要5台就足夠了。但到了2010年，智能手機每秒可以處理的計算達到15萬億次。也就是説1943年的計算機，現在每個人手上都有幾十億台。

“從這個角度看，我們對數據的需求，對計算能力的需求是處於急速增長中的。”

潘建偉表示，一般發展計算能力是用加強晶體管的集成度實現的。而根據摩爾定律，在單位面積上可集成的晶體管的數目每18個月就可以增長一倍。目前的晶體管尺寸已經達到4個納米，預計不到10年時間，就會達到亞納米尺寸。到了亞納米尺寸後，量子效應就會開始發生作用。

這意味着什麼？潘建偉做了一個形象的比喻：如果説要分解300萬大數據，用目前萬億次的經典計算機大概需要15萬年，用量子計算機只需要一秒鐘。

量子計算的能力為何這麼強大？

潘建偉解釋稱，量子計算的能力隨着糾纏粒子的數目增加而指數增長。在經典世界裏，手機和電腦中的比特處於0或1的狀態，但量子系統裏就可以處於0+1，當有50個比特，在傳統計算機裏，只能處於2的50次方個狀態中的某一個。到了量子世界，它就可以處於2的50次方種狀態的相干疊加。

前景聽起來如此光明，這樣的量子計算機什麼時候能造出來？

潘建偉表示，其實量子計算的概念在上世紀80年代就被提出來，經過科學家將近40多年的努力，才達到第一階段。因為這個路太長，所以整個領域的專家把量子計算的發展分成三個階段。

第一個階段，目標是實現50個粒子左右的相干操縱。“一旦達到45個粒子，它的計算能力就跟目前世界上最快的超級計算機差不多。一旦達到100個粒子，它就是目前全球計算能力總和的100萬倍。”潘建偉説。

目前，在某些特定計算上，針對若干問題，比如玻色取樣組合優化，計算能力能夠超過現在的超級計算機。“這已經在這一兩年順利完成了。”潘建偉透露。

潘建偉 視頻截圖

希望10-15年構建通用量子計算機

目前，科學家們正在量子計算領域做些什麼？潘建偉表示，因為量子計算特別容易出錯，希望通過5-10年的努力，找到一種手段讓計算不發生錯誤，這樣需要發展的手段便是量子糾錯，能夠將計算中發生的錯誤消除。他正在做這樣一件事，並期望能夠用4-5年的時間完成。

他提到，在量子計算能夠順利完成糾錯後，未來5-10年，能夠來操縱數百個乃至數千個量子比特，構建專用的量子計算機，針對傳統超級計算機無法解決的具有重大科學意義的物理問題、化學問題、醫藥問題。鑑於量子計算的優越性，傳統的超級計算機光靠算法改進幾乎不可能超越。

“那麼通過10-15年的努力，在糾錯順利完成的基礎之上，我們希望能夠來構建通用的量子計算機。”

潘建偉表示，第一個宣稱實現量子計算優越性的是谷歌公司，而2021年中國研製的“祖沖之二號”量子計算優越性，除了在讀出錯誤率上稍微比谷歌差一點外，其他所有指標都優於谷歌。在求解隨機路線採樣問題上“祖沖之號”比目前的最優經典算法有10萬倍的計算優勢。

此外，中科院團隊利用最新的一種經典計算算法——張量網絡計算，打破了谷歌的量子計算優越性。目前科大的團隊正在用超級計算機驗證張量網絡算法，一旦得到驗證，則意味着谷歌的量子計算優越性在目前最好的算法下並不完全成立。由此可見，經典和量子計算之間的較量從未停過。

潘建偉將這形容成一個非常有趣的故事，或者説是一種遊戲。但是在應用上有很多實際的意義。例如製藥方面，化學反應經常會涉及到多個電子之間的相互作用。那麼未來可以對一個包含幾十個多電子複雜體系的勢能面的精確信息進行計算。

另外，對於量子計算硬件的發展趨勢，潘建偉表示，按照谷歌的計劃，到2029年、2030年時，大概可以達到100萬個或者百萬量級的量子比特的操縱。那麼這個時候就有可能對大數分解進行破解了。

“這個領域儘管離我們還稍稍有點遠，但是已經正在以非常快的速度向我們走來。”他説道。

全球經濟復甦的動力來源在哪？

面對世界的各種不確定性，中國乃至全球經濟下一步發展的主要動力來源在哪裏？

科大訊飛董事長劉慶峯在開幕式上分享了自己的見解。數字經濟是全球經濟復甦的關鍵動力，人工智能是數字經濟的核心引擎。可以看到，2021年全球47個國家數字經濟增長達15.6%，訊飛開放平台AI調用量增加36%，多款應用的AI調用量大幅增加。

他還重申了訊飛超腦2030的目標——讓“懂知識、善學習、能計劃”的機器人走進每個家庭。他透露，訊飛即將發佈機器人超腦，通過多模交互、運動控制和硬件模組的結合，推動人機協同新時代。

本文系觀察者網獨家稿件，未經授權，不得轉載。