薛其坤：何時能研制出通用量子計算機？需要全球科學家共同努力
專題：2024浦江創(chuàng)新論壇
轉自：上觀新聞
9月7日，以“構建科技創(chuàng)新開放環(huán)境”為年度主題的2024浦江創(chuàng)新論壇拉開序幕。在今天傍晚的主題論壇上，多位科技大咖帶來精彩的演講。
“眾所周知，量子計算機現(xiàn)在如火如荼，什么時候能研制出通用的量子計算機？”演講一開始，2023年度國家最高科學技術獎獲得者、中國科學院院士、南方科技大學校長薛其坤便拋出這樣一個問題。
“這離不開從傳統(tǒng)計算機開始說起?！毖ζ淅ふf，為了理解傳統(tǒng)計算機和量子計算機算力的區(qū)別，先復習一下數(shù)學?！?的10次方約等于10的3次方，這就是現(xiàn)在二進制一千個字節(jié)的來源；2的60次方，約等于10的18次方，也就是一百億億。”每秒一百億億次浮點數(shù)的信息處理速度，是目前世界上最強大的E級計算機的信息處理速度；十萬億億/秒，是若干年后更強大的超級計算機的運行速度。
傳統(tǒng)計算機的硬件是基于兩個重大發(fā)明：一個是，1947年貝爾實驗室的布拉頓、巴丁和肖克利發(fā)明的半導體晶體管；1955年肖克利在加州創(chuàng)立首個半導體工廠，進而發(fā)展為今天的硅谷。另一個重要發(fā)明是，1958年基比發(fā)明的集成電路。現(xiàn)在，芯片的發(fā)展已經到令人驚訝的地步，比如英特爾有一個芯片包含17億個晶體管，比中國的人口還要多。
2023年度國家最高科學技術獎獲得者、中國科學院院士、南方科技大學校長薛其坤。
經過六七年的發(fā)展，傳統(tǒng)計算機已經發(fā)展到令人驚奇的水平——超級計算機。薛其坤介紹，超級計算機的特點是運算速度高、存儲密度高，最厲害的超級計算機的峰值算力已經達到1.1百億億浮點數(shù)/秒。中國的天河、神威等超級計算機也逐漸接近這一水平?，F(xiàn)在的超級計算機，晶體管的數(shù)量甚至達到了六千萬億個，但是它的占地面積很大，相當于四分之一個足球場，每天消耗的電是五十萬度。計算機芯片也從CPU發(fā)展到GPU，比如英偉達H100芯片擁有800億個晶體管。
AI時代到來，需要更強大的算力。比如，一個6秒的視頻，需要2000張英偉達的H100GPU芯片學習訓練一個月；如果把視頻的長度從6秒增加到30秒，需要4000張英偉達的H100GPU芯片訓練三個月。未來，計算機的發(fā)展需要更高的算力、更高的存儲密度，同時按照可持續(xù)發(fā)展的要求，需要更低的能耗。
浦江創(chuàng)新論壇。
量子計算機提供了這樣一種可能。量子計算機是如何工作的？薛其坤介紹，量子計算機在物理上通過量子糾纏或量子疊加，同時操控N個量子比特（硬幣）的2N種狀態(tài)實現(xiàn)信息并進行處理。最理想的狀況是，量子計算機能提供十萬億億的處理速度，相當于1000個超級計算機。
什么時候才能研制出通用量子計算機？“至少還有5個關卡有待攻克，比如錯誤率、制冷機、硬件方案等。”薛其坤表示，估計至少需要10年到20年的時間，量子計算機挑戰(zhàn)著人類的最高智慧，研發(fā)難度高于人類首次登月，是一個國家最強科技實力的象征之一。
“由此可見，基礎研究的發(fā)現(xiàn)會催生劃時代的革命性工業(yè)技術?！毖ζ淅ぴ俅螐娬{，超大數(shù)據(jù)信息時代呼喚更強大的算力，量子計算機具有強大的算力，需要全球物理學家和計算機專家的共同努力。
欄目主編：徐瑞哲 題圖來源：賴鑫琳 攝影 圖片來源：賴鑫琳 攝影
來源：作者：李蕾
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