中國量子計算機證明是可用的——《瞭望》刊發中國量子信息奠基人郭光燦院士專訪
轉自《瞭望》
《瞭望》新聞週刊記者：扈永順 馬曉澄
原標題：
瞭望訪談丨加速量子計算落地——專訪中國科學院院士郭光燦
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◇量子計算機處理特定數據能力與電子計算機相比，相當於電子計算機與算盤相比
◇本源量子把72比特的“本源悟空”上到雲端向全世界開放，被120多個國家的用戶訪問1200萬次，已經算了25萬個任務，證明我們的量子計算機是可用的
◇量子計算研究已經超越40多年前我們想象的那個理論上非常美好，實際上不知道能不能做出的範疇。可以肯定地說，量子計算機確實像當初預言的那樣，會成爲人類社會發展不可替代的一種新工具
◇如果量子計算能夠進入真實應用場景，遇到問題反饋，研製新的性能，整個產業就可以有非常好的發展
量子計算技術是21世紀最有前景的前沿科技之一。美國把量子計算機的研發命名爲“微型曼哈頓計劃”，量子計算機被稱爲信息時代的“算力原子彈”。以量子計算技術爲代表的量子科技，是中國在全球科技產業中開闢新領域、制勝新賽道的重要核心技術之一，具有深遠的戰略意義。
近日，中國量子信息奠基人、中國科學院院士郭光燦接受《瞭望》新聞週刊專訪時表示，量子計算將帶來翻天覆地的變化，我國目前的量子計算在國際上處在第一梯隊，但距離世界最前沿還有差距，突出表現在應用生態上。郭光燦認爲，應該發揮好新型舉國體制優勢，對量子計算產業給予重點支持，政產學研用合力，帶動全產業鏈發展。
本源悟空等五臺量子計算機 機羣（2024 年 5 月攝） 孫超攝
量子計算將帶來翻天覆地的變化
《瞭望》：如何通俗理解量子計算？
郭光燦：量子世界具備一種經典電子世界所不具備的獨特屬性，即由量子疊加引發的不確定性——經典電子世界是確定的，其狀態要麼爲0，要麼爲1；而在量子領域中，狀態則是不確定的，既非明確的0也非明確的1，而是處於兩者之間的可能性狀態。
量子在處理數據時因其疊加特性，就可以把0和1疊加起來。具體而言，1塊有n個比特的傳統芯片，可以同時存儲n個數據；而一塊擁有n個量子比特的芯片，則能夠在同一時刻存儲2^n個數據。
計算過程本質上是對存儲數據進行變換，將一組數據轉換爲另一組數據。傳統電子計算機是串行計算，每次操作只能將單一數值轉換爲另一個數值，這意味着它必須依照順序進行計算。相反，量子計算機在具有強大的數據存儲能力的同時，具備強大的並行計算能力，其n個量子比特能夠在同一時間內存儲2^n個數據，並且通過一次操作即可同時將這2^n個數據轉換爲新的2^n個數據。
量子計算機強大的並行運算能力爲一些對算力需求高的特定行業問題提供瞭解決方案。比如，在小分子藥物設計領域，傳統分子對接方法依賴於高性能計算機集羣進行大量計算，耗時久且精度低。而量子計算技術有強大的計算能力，能夠解決傳統小分子藥物設計中存在的算力瓶頸，可以顯著提高分子對接的速度和準確性，從而開闢一條更高效、更精準的藥物篩選新路徑。
將量子計算機處理特定數據能力與電子計算機相比，相當於電子計算機與算盤的能力相比。
人類社會從算盤時代過渡到現在的電子計算機時代，經歷了深刻的社會變革。如今，人們的生活已經離不開電腦和智能手機，計算機帶給我們的好處有目共睹。如果人類社會進一步邁入量子計算機時代，這將是一場巨大的技術革命。量子計算機有望解決那些目前電子計算機難以應對的重大難題，在各個領域內都將產生深遠的影響。
《瞭望》：我們國家的量子計算已經達到什麼水平，有哪些應用？
郭光燦：量子計算的研究與發展大致可以分爲三個主要階段。首先，是基礎研究階段，這一階段主要側重於理論探索與學術成果的發表。這些研究成果標誌着重要的科學進步，但論文發表並不能稱之爲真正意義上的量子計算機，它通常侷限於實驗室環境，用於實驗性數據收集或概念驗證演示，無法解決複雜或實際的問題。
其次，是量子計算機樣品開發階段。在這個階段，要將實驗室中的研究轉化爲可實際應用的量子計算機，將其部署在雲端上處理真實運算任務。
最後，是量子計算機的商品化階段。在此階段，研究團隊將進一步完善樣品，將操作系統與處理系統全面集成，使之成爲完整的量子計算機，並作爲商品推向市場。
我們國內的企業本源量子具有自主超導量子計算機制造鏈，2021年交付了中國首臺超導量子計算機整機，使中國成爲世界上第三個具備量子計算機整機交付能力的國家。2024年初，第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上線。本源量子把72比特的“本源悟空”上到雲端向全世界開放，被120多個國家的用戶訪問超1200萬次，已經算了25萬個任務，證明我們的量子計算機是可用的。而且在金融科技、醫療數據、電力行業等方面，我們國家的量子計算機都有一些具體的應用。
機遇和挑戰並存
《瞭望》：近年來國際、國內量子信息研究情況如何？
郭光燦：我們研究啓動比較早，國家支持也比較早，我們的量子信息研究在國際上處於第一梯隊。第一梯隊指我的水平跟你差不多，有的方向我可能比你還好，個別的方向我們落後一點，平均來說，在量子計算領域，國外認同中國的水平。
近幾年因爲技術上有突破，很多量子體系開發非常快。
IBM用超導線路做到了1000量子比特，現在別的技術路線，比如用離子阱、光子、原子等，也可以做到不錯的水平。整個量子計算機領域在全世界發展非常快，每年都不斷有新研究成果出現。量子計算研究已經超越40多年前我們想象的那個理論上非常美好、實際上不知道能不能做出的範疇。可以肯定地說，量子計算機確實像當初預言的那樣，會成爲人類社會發展不可替代的一種新工具。
《瞭望》：相比較世界最前沿的水平，我們的量子計算研究還面臨哪些挑戰？
郭光燦：目前全世界在量子計算第一梯隊的國家有中國、美國、加拿大、日本、德國、英國等。美國的量子信息、量子計算是全世界發展最前沿、最快的。我們跟他們有一定的差距，但不是很大。全世界能把量子計算機做成產品並賣出去給大家用的只有幾家，我們就是其一。
美國能做到最前沿，在於他們比我們早二十年啓動研究。美國相關底層技術、工業基礎好，人才多，更重要的是，量子計算的生態更完善。IBM已經在全球範圍部署了70多臺量子計算機。國外的巨頭公司正在使用量子計算機嘗試解決其所在領域的關鍵問題，探索提高研發能力和製造能力的新方法。這些公司在應用的過程中將問題反饋給IBM，IBM立即針對用戶需求改造量子計算機性能，這樣一種循環就是生態。國內還沒有建立這樣的生態。
加速量子計算落地研發和應用
《瞭望》：怎樣加速量子計算產業落地，推動新質生產力發展？
郭光燦：國外發展量子計算的主體是大公司，我國原來也有不少大公司參與，投資了很多錢，但有些放棄了，因爲短時間內掙不到收益。我們國家應該發揮好新型舉國體制的優勢，政府給予強有力的引導和支持。建議按照“兩彈一星”的方法來做量子計算，把最高水平的人集中在一起攻關。量子計算是龍頭產業，如果得到支撐，產業得到發展，我們整個產業鏈就會建起來，並形成合力帶動上游材料、關鍵核心零部件等突破。
在生態建設方面，要推動國內企業敢於嘗試使用先進的量子計算機解決領域內問題，提高生產力。目前，我們正在大力推動建立產業聯盟，今年7月，國內首個量子計算產業聯盟“本源量子計算產業聯盟”擴容，聯盟單位總數突破100家。如果量子計算能夠進入真實應用場景，遇到問題進行反饋，開發新的功能，整個產業能得到非常好的發展。
《瞭望》：在量子計算的基礎研究方面我們還應從哪些方面發力？
郭光燦：強化基礎研究並研發出比現有方案更好、更快的量子計算機至關重要。早期用物理量子比特來編碼邏輯比特時，需要大約1000個物理量子比特才能編碼出1個邏輯比特。爲了構建一臺通用量子計算機，理論上需要1000個邏輯比特，由此推算，所需的物理量子比特數量高達100萬。如果能夠實現每個物理量子比特直接編碼成1個邏輯比特，我們將能夠迅速達到構建通用量子計算機所需的水平。
量子比特數目的增加本身就是一項進展，但這並不是量子計算領域的根本性突破。根本性的突破在於能夠顯著提高編碼效率，減少構建1個邏輯量子比特所需的物理量子比特數量，這正是國外研究者最爲關注的核心問題之一。
我們不能等待國外的成果，跟隨別人的步伐一定落後，必須有自己的原創思想。抓住核心問題再提出自己的原創想法，然後實現。想要超越一定要走這條路，而不是跟隨別人的意見，這種競爭遲早會被淘汰。
人才培養方面，建議教育部牽頭出臺我國量子計算教育科研培訓等支持政策，支持我國高校使用量子計算機真機培養量子計算人才，建立量子科技人才的中長期培育規劃，加強政策傾斜、資金投入。具體而言，可以分以下幾步走：一是開展全國首批量子計算科普樣板校遴選活動，“政、校、企”三方合力建設“自主量子計算機一體化教研機房”，支持高校使用量子計算機真機培養量子計算人才。二是加大量子計算科普教育的經費投入，設立量子計算教育專項補貼政策。三是統籌佈局全國量子計算科普教育。
（《瞭望》2024年第35期 ）