薛其坤：何時(shí)能研制出通用量子計(jì)算機(jī)？需要全球科學(xué)家共同努力
專題：2024浦江創(chuàng)新論壇
轉(zhuǎn)自：上觀新聞
9月7日，以“構(gòu)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(jì)算機(jī)現(xiàn)在如火如荼，什么時(shí)候能研制出通用的量子計(jì)算機(jī)？”演講一開始，2023年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者、中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)校長薛其坤便拋出這樣一個(gè)問題。
“這離不開從傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)開始說起?！毖ζ淅ふf，為了理解傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)算力的區(qū)別，先復(fù)習(xí)一下數(shù)學(xué)。“2的10次方約等于10的3次方，這就是現(xiàn)在二進(jìn)制一千個(gè)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?！泵棵胍话賰|億次浮點(diǎn)數(shù)的信息處理速度，是目前世界上最強(qiáng)大的E級計(jì)算機(jī)的信息處理速度；十萬億億/秒，是若干年后更強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硬件是基于兩個(gè)重大發(fā)明：一個(gè)是，1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室的布拉頓、巴丁和肖克利發(fā)明的半導(dǎo)體晶體管；1955年肖克利在加州創(chuàng)立首個(gè)半導(dǎo)體工廠，進(jìn)而發(fā)展為今天的硅谷。另一個(gè)重要發(fā)明是，1958年基比發(fā)明的集成電路?，F(xiàn)在，芯片的發(fā)展已經(jīng)到令人驚訝的地步，比如英特爾有一個(gè)芯片包含17億個(gè)晶體管，比中國的人口還要多。
2023年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者、中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)校長薛其坤。
經(jīng)過六七年的發(fā)展，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到令人驚奇的水平——超級計(jì)算機(jī)。薛其坤介紹，超級計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是運(yùn)算速度高、存儲密度高，最厲害的超級計(jì)算機(jī)的峰值算力已經(jīng)達(dá)到1.1百億億浮點(diǎn)數(shù)/秒。中國的天河、神威等超級計(jì)算機(jī)也逐漸接近這一水平?，F(xiàn)在的超級計(jì)算機(jī)，晶體管的數(shù)量甚至達(dá)到了六千萬億個(gè)，但是它的占地面積很大，相當(dāng)于四分之一個(gè)足球場，每天消耗的電是五十萬度。計(jì)算機(jī)芯片也從CPU發(fā)展到GPU，比如英偉達(dá)H100芯片擁有800億個(gè)晶體管。
AI時(shí)代到來，需要更強(qiáng)大的算力。比如，一個(gè)6秒的視頻，需要2000張英偉達(dá)的H100GPU芯片學(xué)習(xí)訓(xùn)練一個(gè)月；如果把視頻的長度從6秒增加到30秒，需要4000張英偉達(dá)的H100GPU芯片訓(xùn)練三個(gè)月。未來，計(jì)算機(jī)的發(fā)展需要更高的算力、更高的存儲密度，同時(shí)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(jì)算機(jī)提供了這樣一種可能。量子計(jì)算機(jī)是如何工作的？薛其坤介紹，量子計(jì)算機(jī)在物理上通過量子糾纏或量子疊加，同時(shí)操控N個(gè)量子比特（硬幣）的2N種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)信息并進(jìn)行處理。最理想的狀況是，量子計(jì)算機(jī)能提供十萬億億的處理速度，相當(dāng)于1000個(gè)超級計(jì)算機(jī)。
什么時(shí)候才能研制出通用量子計(jì)算機(jī)？“至少還有5個(gè)關(guān)卡有待攻克，比如錯(cuò)誤率、制冷機(jī)、硬件方案等?！毖ζ淅け硎?，估計(jì)至少需要10年到20年的時(shí)間，量子計(jì)算機(jī)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(gè)國家最強(qiáng)科技實(shí)力的象征之一。
“由此可見，基礎(chǔ)研究的發(fā)現(xiàn)會催生劃時(shí)代的革命性工業(yè)技術(shù)?！毖ζ淅ぴ俅螐?qiáng)調(diào)，超大數(shù)據(jù)信息時(shí)代呼喚更強(qiáng)大的算力，量子計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的算力，需要全球物理學(xué)家和計(jì)算機(jī)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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