潘建偉：希望5年實現量子糾錯，10-15年構建通用量子計算機

來源：訊飛開放平臺

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

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量子計算優越性顯現

潘建偉院士表示，量子科技已經成爲我國的國家戰略，在國家的十四五規劃和2035的遠景規劃裡面都指出要聚焦量子信息、人工智能等重大創新領域，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。

量子計算對於人工智能時代的發展起着重要的推動作用。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，量子計算的優越性不容忽視。

然而，在信息技術的發展過程中，也有一些重大問題亟待解決。例如，大數據時代對計算能力的巨大需求急速增長，傳統的信息科技發展模式受到嚴重製約，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展已經爲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，那麼量子調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從對量子力學基本原理的實驗檢驗，到對量子狀態進行主動操縱，使量子計算的計算能力隨可操縱的量子比特數呈指數增長，不僅能實現超快的量子計算能力，揭示覆雜系統規律，還能滿足人工智能、大數據等的計算能力需求。舉例來說，如果對一個300萬的大數據進行分解，用目前的萬億次的經典計算機大概需要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50個粒子左右的相干操縱，比如玻色取樣組合優化，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，它相當於達到目前全球計算能力總和的100萬倍。

那麼目前科學家在做什麼？潘建偉院士提到，因爲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生錯誤的手段，也就叫做量子糾錯，確保計算當中所發生的錯誤，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錯相關研究，期望能夠通過4-5年的時間完成。

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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。

在發言過程中，潘建偉院士談到，第一個宣稱實現量子計算優越性的是美國谷歌公司，隨後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。他表示，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。

另外，對於量子計算硬件的發展趨勢，潘建偉院士認爲，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。潘建偉院士稱：“這個領域儘管離我們還有點遠，但是正在以非常快的速度向我們走來。”

發言最後，潘建偉院士總結道：“我們希望在未來5年實現量子糾錯，然後來完成數百個乃至數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化算法裡面的一些問題。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據分析等方面相關的應用。”