中国科学院院士：希望在未来5年实现量子纠缠

中国科学院院士潘建伟11月18日在第五届世界声博会暨2022科大讯飞1024全球开发者节开幕式上演讲。 图片来源：第五届世界声博会

11月18日，在第五届世界声博会暨2022科大讯飞1024全球开发者节开幕式上，中国科学院院士潘建伟分享了关于量子计算未来15年的发展潜力与计划，“我们希望在未来5年实现量子纠缠，然后完成数百个乃至数千个量子比特的相干操纵，以解决量子化学、新材料设计和优化算法里的一些问题。同时我们希望能够通过10至15年的努力，实现在密码分析和大数分解等方面的应用。”

在现场，潘建伟分析了一组数据对比。在1943年首台计算机创建后，每秒钟大概能计算5000次。当时IBM的总裁预测，这样强大的计算机全球只需要5台就足够了。但到了2010年，智能手机每秒可以处理的计算达到15万亿次。也就是说1943年的计算机，现在每个人手上都有几十亿台。

“从这个角度来看，我们对数据的需求，对计算能力的需求是处于急速增长中的。”潘建伟说，发展计算能力一般是通过加强晶体管的集成度，目前晶体管的尺寸已经达到4个纳米，在未来不到10年的时间里，它可能就会达到亚纳米尺寸。这个时候量子效应就会开始发生作用。

这意味着什么？潘建伟做了一个形象的比喻：如果说要分解300万大数据，用目前万亿次的经典计算机大概需要15万年，用量子计算机只需要一秒钟。

量子计算为什么这么强大？潘建伟解释说，量子计算的能力随着纠缠粒子的数目增加而指数增长。在经典世界里，手机和电脑中的比特处于0或1的状态，但量子系统里就可以处于0+1，当有50个比特，在传统计算机里，只能处于2的50次方个状态中的某一个。到了量子世界，它就可以处于2的50次方种状态的相干叠加。

前景听起来非常光明，这样的量子计算机什么时候能造出来？

潘建伟说道，其实量子计算的概念在上世纪80年代就被提出来，经过科学家将近40多年的努力，才达到了第一阶段。因为这个路太长，所以整个领域的专家把量子计算的发展分成三个阶段。

第一个阶段，目标是实现50个粒子左右的相干操纵。“一旦达到45个粒子，它的计算能力就跟目前世界上最快的超级计算机差不多。一旦达到100个粒子，它就是目前全球计算能力总和的100万倍。”潘建伟说。

目前，在某些特定计算上，针对若干问题，比如玻色取样组合优化，计算能力能够超过现在的超级计算机。“这已经在这一两年顺利完成了。”潘建伟说。

那科学家目前在做什么？因为量子计算特别容易出错，所以必须找到某种手段让计算过程中不发生错误，这个手段就是量子纠缠，能确保计算中发生的错误在计算过程中消除。潘建伟目前正在做的就是这件事，他和他的团队希望能够通过4至5年的时间完成。

在完成这个目标之后，如果能够操纵数百个乃至数千个量子比特，就可以构建专用量子计算机，这在某些方面具有重大的科学意义，即解决目前超级计算机完全没办法求解的物理问题、化学问题、医学问题。潘建伟继续说道，“通过10至15年的努力，我们在纠错顺利完成的基础之上，希望能够构建通用量子计算机。”

在演讲的最后，潘建伟总结称，“未来尽管离我们还稍稍有点远，但正在以非常快的速度向我们走来。”