【原创】潘建伟详解量子计算机:5年将超越世界运算速度第一的超级计算机"太湖之光"

第8期 2016-11-09 09:38:44
来源:科技日报-中国科技网
作者:桂楷东 编辑:桂楷东
【编者按】

量子力学作为自然科学史上被实验证明最精确的理论,如今已经越来越受到广泛关注。 量子信息科学的一大重要应用就是量子计算。近日,中国科协副主席、量子卫星首席科学家、中科院院士、中国科学技术大学教授的潘建伟表示,当量子计算机发展到50量子位时,就能实现“量子称霸”超越世界上任何计算机。那么,中国量子计算研究的时间表有哪些?量子计算机与超级计算机相比有何优势?现实生活中又有那些实际运用?本期,热点聚焦将为您深度解读中国量子计算机的奥妙之处。

时间表:计划5年超越世界运算速度排名第一的超级计算机"太湖之光"

5日,在由中国科技新闻学会主办的“2016年中国科技传播论坛”上,中科院院士潘建伟介绍,第一次“量子称霸”将会成为物理学和计算机科学的里程碑,“虽然目前不能说出确切的时间,但应该为时不远”。

有专家评论,当量子计算机发展到50量子位的时候,就能实现“量子称霸”,“碾压”世界上任何传统计算机。

会上,潘建伟详解中国量子计算研究的时间表:计划5年之后,实现50个量子比特的相干操纵,计算潜力将超越今年6月世界运算速度排名第一的超级计算机“太湖之光”;用15年左右时间,构建天地一体的有量子通信安全保障的未来互联网,即量子互联网。

在经典计算机中,每个比特都只有0和1这两种状态。但在量子计算中,每个比特可以处在0和1的叠加状态上,一旦操纵的量子数目增多,它就会以指数增长的形式来提升运算速度,有并行运算的能力。例如,求解10的24次方变量的方程组,用“太湖之光”需要100年左右计算时间,但用万亿次的量子计算机大概只需0.01秒。

风向标:用15年时间构建天地一体的有量子通信安全保障的量子互联网

“构造小网络做量子计算机是该领域研究者努力的方向。”潘建伟介绍,目前,IBM、谷歌、微软和中国的研究小组都致力于量子计算机的研发。

潘建伟说,计划5至10年完成100个量子比特甚至几百个量子比特的相干操纵。“如果达到100个量子比特的相干操纵,对某些特定问题的求解速度就能达到2的100次方,这是目前全球计算能力总和的百万倍。”

他补充说,将用10年或更长时间造出专用量子计算机,应用于人工智能、大数据分析、信息提取等特殊领域。

运用点:年底建成“京沪干线”实现网上银行数据远程灾备等应用示范

潘建伟透露,目前,也将量子技术同步推广于潜艇自主导航等。他说,如果潜艇出海使用传统导航技术,潜行100天的话,(由于在海下无法同步校准),误差将达到几百公里;但若利用成熟的量子精密测量技术,潜行百天后,误差会小于1公里。

在量子通信方面,据介绍,目前在建的“京沪干线”项目光纤长度约2000公里,计划于2016年底建成,将连接北京、上海等城域网络,将通过技术验证等,实现网上银行数据远程灾备、金融机构信息数据采集等应用示范。8月发射的中科院量子科学实验卫星“墨子号”,将实现高速星地量子秘钥分发、星地量子纠缠分发和千公里级的空地量子隐形传输。“目前,已建立起星地信道,为后期实验打下基础,以便最后形成天地一体的量子通信网络。”潘建伟说。

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有观点认为量子计算将在30年内带来像欧洲工业革命一样的巨变,对此潘建伟表示,目前,欧洲、美国的同事都认为,第二次量子革命即将到来,除了通信可以比较好的改善信息安全和互联网安全外,量子计算也受到普遍的关注,尤其是随着大数据的到来,大家对于计算能力的提高需求越来越多。

“量子通信和量子计算都是属于量子调控技术范围”潘建伟在接受记者采访时表示,随着技术的发展,他们实现了对单个离子抓住,控制并相互作用,主动控制微观世界的能力正在慢慢增强。

“目前,全世界计算机的计算能力都非常弱。”潘建伟预测,不到十年左右的时间,他们就能够造出一种专用的量子计算机或者叫做量子模拟机,在某些计算能力上要比目前最快的传统计算机快百亿倍甚至更多。

“我们希望能够把国内优势力量聚合到一起开展这一项工作。”潘建伟也表示,通用量子计算需要更长的时间,也许是30年甚至50年,他觉得这是一件非常有意思的事,不过也涉及到方方面面的领域。比如:计算最小的部件、超导的芯片、微纳加工、电子学,集成、软件、算法等等。