中國科學院院士潘建偉：“量子計算現(xiàn)狀與展望”主題演講

11月18日，第五屆世界聲博會暨2022科大訊飛全球1024開發(fā)者節(jié)在合肥奧體中心開幕。開幕式現(xiàn)場，中國科學院院士潘建偉發(fā)表“量子計算現(xiàn)狀與展望”主題演講，針對性地分享了人工智能時代量子計算的發(fā)展戰(zhàn)略與未來展望。

量子計算優(yōu)越性顯現(xiàn)

潘建偉院士表示，量子科技已經(jīng)成為我國的國家戰(zhàn)略，在國家的十四五規(guī)劃和2035的遠景規(guī)劃里面都指出要聚焦量子信息、人工智能等重大創(chuàng)新領域，組建國家實驗室，已實施了一批重大科技項目。目前，中國在量子技術方面具有一定的引領地位。

量子計算對于人工智能時代的發(fā)展起著重要的推動作用。潘建偉表示，從某種意義上講，如果說沒有量子力學的建立，就沒有現(xiàn)代信息技術的硬件基礎。在信息科學、能源科學、生命科學和材料科學等各個方面，量子計算的優(yōu)越性不容忽視。

然而，在信息技術的發(fā)展過程中，也有一些重大問題亟待解決。例如，大數(shù)據(jù)時代對計算能力的巨大需求急速增長，傳統(tǒng)的信息科技發(fā)展模式受到嚴重制約，也就是說目前人類擁有的計算能力還相當有限。

對此，潘建偉院士表示量子力學的發(fā)展已經(jīng)為解決這些重大問題做好了準備。如果說量子力學的建立是第一次量子革命的話，那么量子調(diào)控與量子信息的應用，就是第二次量子革命。第二次量子革命實現(xiàn)從對量子力學基本原理的實驗檢驗，到對量子狀態(tài)進行主動操縱，使量子計算的計算能力隨可操縱的量子比特數(shù)呈指數(shù)增長，不僅能實現(xiàn)超快的量子計算能力，揭示復雜系統(tǒng)規(guī)律，還能滿足人工智能、大數(shù)據(jù)等的計算能力需求。舉例來說，如果對一個300萬的大數(shù)據(jù)進行分解，用目前的萬億次的經(jīng)典計算機大概需要15萬年，但是用量子計算機只需要一秒鐘。

潘建偉院士說，“量子計算的概念在上世紀80年代就提出來了，經(jīng)過科學家將近40多年的努力，我們才達到了第一階段。”第一階段的目標是實現(xiàn)50個粒子左右的相干操縱，比如玻色取樣組合優(yōu)化，這方面的計算能力能夠超過目前的超級計算機，且已在這一兩年順利完成。未來一旦達到100個粒子，在某些特定計算上，它相當于達到目前全球計算能力總和的100萬倍。

那么目前科學家在做什么？潘建偉院士提到，因為量子計算特別容易出錯，所以必須找到在計算過程當中不發(fā)生錯誤的手段，也就叫做量子糾纏，確保計算當中所發(fā)生的錯誤，能在計算的過程當中給消除掉。潘建偉院士及其團隊正從事量子糾纏相關研究，期望能夠通過4-5年的時間完成。

通過10-15年構建通用量子計算機

潘建偉院士表示，在量子計算能夠順利完成糾錯后，未來5-10年，能夠來操縱數(shù)百個乃至數(shù)千個量子比特，構建專用的量子計算機，針對傳統(tǒng)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(yī)藥問題。鑒于量子計算的優(yōu)越性，傳統(tǒng)的超級計算機光靠算法改進幾乎不可能超越。

在發(fā)言過程中潘建偉院士談到，第一個宣稱實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性的是美國谷歌公司，隨后2021年中國研制的“祖沖之二號”量子計算優(yōu)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(yōu)于谷歌。他表示，在求解隨機路線采樣問題上“祖沖之號”比目前的最優(yōu)經(jīng)典算法有10萬倍的計算優(yōu)勢。

另外，對于量子計算硬件的發(fā)展趨勢，潘建偉院士認為，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。那么這個時候就有可能對大數(shù)分解進行破解了。潘建偉院士稱：“這個領域盡管離我們還有點遠，但是正在以非?？斓乃俣认蛭覀冏邅?。”

發(fā)言最后，潘建偉院士總結道“我們希望在未來5年實現(xiàn)量子糾纏，然后來完成數(shù)百個乃至數(shù)千個量子比特的相干操縱，來解決量子化學新材料設計和優(yōu)化算法里面的一些問題。同時我們希望能夠通過10-15年的努力，來進行對密碼分析和大數(shù)據(jù)分析等方面相關的應用?！?/p>

審核編輯 ：李倩