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量子計算機中美差距

(*-*)浩
(*-*)浩原創
2019-07-23 10:03:1036050瀏覽

中國不似美歐等國早早就認識和研究了量子技術,在量子電腦方面的研究才剛起步。

量子計算機中美差距

科技部2011年啟動的「十二五」導向重大計畫(超級「973」),要求在2015年實現位元數3 的量子晶片.郭國平介紹說,目前這一目標已實現,而啟動的“十三五”重點研發計劃“半導體量子晶片研究”,要求2020年前獲得品質因子1000、比特數6的量子晶片。 (推薦學習:PHP影片教學

「這個目標距離可用的量子電腦還有很大的距離,但是我們必須一步一步來。」郭國平說。

量子位元數雖說不是衡量量子運算硬體技術的絕對指標,但在通用量子電腦成功研製出來之前,這項指標的確有區分水平高低的價值。在Google公司上述「quantum supremacy」計畫中,該領域科學家普遍預期其將在明年或後年的「量子電腦」上達到40~50 量子位元。

不過,即便達到這一水平,它距離真正的通用量子電腦仍有巨大差距。

在郭光燦看來,一台可實用的標準量子計算機,除了容錯閾值和品質因數(Q值)要達到相應要求(現在還遠未達到最低要求)外,邏輯比特數需要達到約200個,而如果按照至少需要5個物理比特編碼一個邏輯比特計算的話,量子位元數至少要達到1000個。

而這還只是看得見、容易覺察的差距。清華大學電腦系教授、長江學者應明生指出,中國在量子電腦研發的「兩條腿」(硬體和軟體)中缺少一條——量子軟體,這將使得中國在量子計算的國際競爭中長期處於被動狀態。

瘸腿才知路長。應明生說,美國之所以進展迅速,就在於其在量子電腦硬體、軟體乃至應用方面都有明確的佈局和集中攻堅的力量。 「硬體是電腦的根本,但軟體才是計算科學的靈魂。量子電腦要做的話,軟體也要跟上」。

我們跟美國相比確實差距太大,這個差距,第一個研究水準有差距,這個可以看得出來,第二個是研究隊伍和力量有差距。這些其實也有明顯的差距,這就是我們的現狀。」郭光燦說,美國政企在量子電腦領域的完善佈局已經上升到國家行為的層面,這或是中國應該借鑒的。

鹿死誰手未可知

儘管差距巨大,但郭光燦看到,國內量子計算領域的發展「勢頭非常好」。

「我認為國內勢頭發展得非常好,尤其是超導路線,原來是一個量子比特也沒有,現在已經做到了5個、9個,而且是好幾家在做,原料也從依賴國外進口轉變為由中科院物理所提供,而且材料性能也在改善。」郭光燦說,儘管各國水平不一,但目前通用量子計算機還沒有哪個國家真正研製出來,“鹿死誰手還未可知,我們還有機會」。

要把握這個機會,郭光燦認為,中國需要從兩方面「大練內功」。一方面,國家要加強在量子電腦研發方面的佈局,將其上升到國家戰略層面,把方方面面的力量組織起來,支持量子電腦的研發。 「例如要解決做硬體研發人才的考核問題」。

「另一方面,我國要做好量子運算領域年輕人才培養。年輕一代非常重要,我們不光要著眼於現在的研究,還要放眼未來,而人才就是未來。」郭光燦說, 「就算有興趣的年輕人最後沒有從事相關的研製工作,也可以培養成能夠用量子計算機的人。」他表示,下一步他將考慮以一種合適的方式培養青年隊伍。

應明生在人才培養的問題上與郭光燦不謀而合。 「量子軟體跟計算科學其他領域不太一樣,短期內難以發展起來,需要一個長期的、合作的過程。」應明生說,「量子物理和計算科學等學科應該聯合起來,培養一批人。就算我們沒有贏得最後的突破,在量子資訊科技成為科技潮流的時候,我們也不會太被動。」

#不像美歐等國早早就認識和研究量子技術,中國在量子計算機方面的研究才剛起步。雖然國內量子計算領域的發展勢頭良好,但要做的還有很多。一方面,國家要加強在量子電腦研發方面的佈局,將其上升到國家戰略層面;另一方面,量子計算領域年輕人才的培養也至關重要。

至於真正的量子電腦要到何時才能出現,比爾蓋茲認為,10年內量子電腦可望用於雲端運算;歐洲科學家起草的《量子宣言》則預計,通用型的量子電腦可能會在2035年之前建造出來。我國科研人員給的答案是:快則10年、15年就會達成。屆時,取代傳統PC不再是夢想。

我國量子通訊科研發開始晚於國外,但大規模商業應用走在世界前列。 2016年下半年,上海量子通訊城域網路、同時連接京滬兩地全長2000公里的世界最長量子通訊城際骨幹網、世界首顆量子通訊科學實驗衛星發射等一批量子通信重大計畫落地,國家對量子通訊投入力度明顯加大。量子通訊被納入「十三五」規劃所培育發展的策略性產業,體現出國家對重點發展量子通訊的決心。面對這個龐大的市場,資本投入逐漸增大,產業產業鏈將越發成熟,二級市場上的浙江東方、寧波建工、科華恆盛、神州資訊、亨通光電等概念股也值得關注。

目前我國公網建設每年投入4000-6000億元,依照2%的公網替代水平,每年市場規模在80-120億左右。有產業人士表示,隨著未來量子通訊在城域網路、城際網路、廣域網路全面鋪開,量子通訊的應用場景將從目前的金融、政務、軍事等客戶推廣到個人生活,到2030年量子通訊市場可望達到千億水準。

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