量子計算真正產業(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典超級計算機無法勝任的、又具有重大應用價值的問題。
近日，中科大剛構建完成了包含62個比特可編程的超導量子處理器，這一實驗成果將在不久后發(fā)布于《Science（《科學》）》雜志。根據公開資料，“62個比特”是目前國際上數目最大的一個超導量子計算處理器。
26日，在2021中國（安徽）科技創(chuàng)新成果轉化交易會舉辦的“聚焦量子信息產業(yè)化”科技沙龍上，中國科學院院士、中國科學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域的最新進展。
他表示，現階段，量子計算和量子信息技術已經進入了一個深化發(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先位置。
此前，中國科學技術大學（下稱“中科大”）上海研究院教授、潘建偉團隊超導量子計算負責人朱曉波曾公開表示，谷歌53量子比特、保真度99.4%的超導量子系統(tǒng)代表著目前國際超導量子計算的頂尖水平。而中科大團隊即將實現的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60個超導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“量子優(yōu)越性”的國家。
“量子計算優(yōu)越性”又稱“量子霸權”（Quantum Supremacy），這一術語最早由美國理論物理學家約翰·普雷斯基爾（John Preskill）提出。2012年，他在《Quanta（量子）》雜志中將“量子霸權”定義為：量子計算機可以做到經典計算機所做不到的事情，無論這些任務是否有意義。
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呈指數增長，其計算速度也有望比經典計算機快上幾個量級，量子計算正成為量子信息技術的全球風口。例如，求解一個億億億變量的方程組，利用億億次的經典超級計算機需要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、但又具有重大應用價值的問題�！彼f，在經典密碼破譯、氣象預報、金融分析、藥物設計等軍用或民用領域，量子計算都有極高的價值和應用前景。
同時，潘建偉還看好量子計算在人工智能領域的潛力。
他指出，在大數據時代，全球數據量呈指數型增長，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完成對290個數據的窮盡搜索。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�！彼Q，當前，隨著芯片集成度越來越高，晶體管的電路原理或將不再適用；此外，經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，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，中國需構建操縱數百個量子比特的專用量子模擬器，以解決經典計算機無法勝任的復雜物理系統(tǒng)的規(guī)律問題，如高溫超導機制；在第三階段，中國則需構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域的實驗研究優(yōu)勢轉化為現實可應用的技術，仍任重而道遠。目前，距離量子計算實現真正產業(yè)化還很遙遠。
他建議，國內量子信息技術的發(fā)展迫切需要高效率的協(xié)同創(chuàng)新，發(fā)揮量子光學、原子分子物理等多學科交叉的優(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，并非體現在技術攻堅上，而是體現在產業(yè)化上。當前，從整體產業(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”的爭奪日益激烈，如果等待國內量子計算的相關技術發(fā)展起來，再去考慮產業(yè)化，將為時已晚；相反，如果在發(fā)展相關技術的同時，提高產業(yè)化水平，產業(yè)化的發(fā)展將反過來催生相關技術的成熟。
對于量子計算的產業(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)關注：一是量子計算機系統(tǒng)的整體研發(fā)，如芯片、基礎性的控制硬件、相關技術的編譯和開發(fā)軟件等；二是量子計算的應用開發(fā)。
