量子計算真正產業化還有多遠？院士潘建偉這樣說

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後發佈於《Science（《科學》）》雜誌。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）科技創新成果轉化交易會舉辦的“聚焦量子信息產業化”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，二者的發展程度均處於世界領先位置。

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%的超導量子系統代表着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。

基於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“富嶽”快一百萬億倍，這一突破使中國成爲全球第二個實現“量子優越性”的國家。

“量子計算優越性”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）》雜誌中將“量子霸權”定義爲：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，由於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，量子計算正成爲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。”他說，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，傳統算力發展模式也會受到嚴重製約。

“具體來說，依照傳統模式，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。”他稱，當前，隨着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於燃燒10噸煤。如何找到一種算力強又省電的模式，成爲現階段全球信息科技發展的重大問題，而量子計算爲其提供了一種解決方式。

在潘建偉看來，“量子優越性”的實現，意味着中國進入了量子計算髮展的第一階段，在未來，中國仍要向兩個更高的發展階段邁進。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複雜物理系統的規律問題，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，他還認爲，將中國在量子計算領域的實驗研究優勢轉化爲現實可應用的技術，仍任重而道遠。目前，距離量子計算實現真正產業化還很遙遠。

他建議，國內量子信息技術的發展迫切需要高效率的協同創新，發揮量子光學、原子分子物理等多學科交叉的優勢，並通過量子創新研究院等科研院所，凝聚起全國各地的優勢力量。

對於潘建偉所提到的“量子計算仍需長時間積累才能實現大規模商用”的觀點，合肥本源量子副總裁趙勇傑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，並非體現在技術攻堅上，而是體現在產業化上。當前，從整體產業化水平來說，中國較歐美國家仍有差距。隨着全球“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展起來，再去考慮產業化，將爲時已晚；相反，如果在發展相關技術的同時，提高產業化水平，產業化的發展將反過來催生相關技術的成熟。

對於量子計算的產業化，趙勇傑還認爲，這不僅意味着要把量子計算機制造出來，還意味着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界持續關注：一是量子計算機系統的整體研發，如芯片、基礎性的控制硬件、相關技術的編譯和開發軟件等；二是量子計算的應用開發。