中國科學院院士潘建偉：希望10至15年構建通用量子計算機

·“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裡的一些問題。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據分解等方面的應用。”

中國科學院院士潘建偉11月18日在第五屆世界聲博會暨2022科大訊飛1024全球開發者節開幕式上演講。 圖片來源：第五屆世界聲博會

11月18日，在第五屆世界聲博會暨2022科大訊飛1024全球開發者節開幕式上，中國科學院院士潘建偉分享了關於量子計算未來15年的發展潛力與計劃，“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裡的一些問題。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據分解等方面的應用。”

在現場，潘建偉分析了一組數據對比。在1943年首臺計算機創建後，每秒鐘大概能計算5000次。當時IBM的總裁預測，這樣強大的計算機全球只需要5臺就足夠了。但到了2010年，智能手機每秒可以處理的計算達到15萬億次。也就是說1943年的計算機，現在每個人手上都有幾十億臺。

“從這個角度來看，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。”潘建偉說，發展計算能力一般是通過加強晶體管的集成度，目前晶體管的尺寸已經達到4個納米，在未來不到10年的時間裡，它可能就會達到亞納米尺寸。這個時候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：如果說要分解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。

量子計算爲什麼這麼強大？潘建偉解釋說，量子計算的能力隨着糾纏粒子的數目增加而指數增長。在經典世界裡，手機和電腦中的比特處於0或1的狀態，但量子系統裡就可以處於0+1，當有50個比特，在傳統計算機裡，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。

前景聽起來非常光明，這樣的量子計算機什麼時候能造出來？

潘建偉說道，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，才達到了第一階段。因爲這條路太長，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。”潘建偉說。

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。”潘建偉說。

那科學家目前在做什麼？因爲量子計算特別容易出錯，所以必須找到某種手段讓計算過程中不發生錯誤，這個手段就是量子糾纏，能確保計算中發生的錯誤在計算過程中消除。潘建偉目前正在做的就是這件事，他和他的團隊希望能夠通過4至5年的時間完成。

在完成這個目標之後，如果能夠操縱數百個乃至數千個量子比特，就可以構建專用量子計算機，這在某些方面具有重大的科學意義，即解決目前超級計算機完全沒辦法求解的物理問題、化學問題、醫學問題。潘建偉繼續說道，“通過10至15年的努力，我們在糾錯順利完成的基礎之上，希望能夠構建通用量子計算機。”

在演講的最後，潘建偉總結稱，“未來儘管離我們還稍稍有點遠，但正在以非常快的速度向我們走來。”