薛其坤：何时能研制出通用量子计算机？需要全球科学家共同努力

摘要：更高的算力、更高的存储密度，更低的能耗。

9月7日，以“构建科技创新开放环境”为年度主题的2024浦江创新论坛拉开序幕。在今天傍晚的主题论坛上，多位科技大咖带来精彩的演讲。

“众所周知，量子计算机现在如火如荼，什么时候能研制出通用的量子计算机？”演讲一开始，2023年度国家最高科学技术奖获得者、中国科学院院士、南方科技大学校长薛其坤便抛出这样一个问题。

“这离不开从传统计算机开始说起。”薛其坤说，为了理解传统计算机和量子计算机算力的区别，先复习一下数学。“2的10次方约等于10的3次方，这就是现在二进制一千个字节的来源；2的60次方，约等于10的18次方，也就是一百亿亿。”每秒一百亿亿次浮点数的信息处理速度，是目前世界上最强大的E级计算机的信息处理速度；十万亿亿/秒，是若干年后更强大的超级计算机的运行速度。

传统计算机的硬件是基于两个重大发明：一个是，1947年贝尔实验室的布拉顿、巴丁和肖克利发明的半导体晶体管；1955年肖克利在加州创立首个半导体工厂，进而发展为今天的硅谷。另一个重要发明是，1958年基比发明的集成电路。现在，芯片的发展已经到令人惊讶的地步，比如英特尔有一个芯片包含17亿个晶体管，比中国的人口还要多。

经过六七年的发展，传统计算机已经发展到令人惊奇的水平——超级计算机。薛其坤介绍，超级计算机的特点是运算速度高、存储密度高，最厉害的超级计算机的峰值算力已经达到1.1百亿亿浮点数/秒。中国的天河、神威等超级计算机也逐渐接近这一水平。现在的超级计算机，晶体管的数量甚至达到了六千万亿个，但是它的占地面积很大，相当于四分之一个足球场，每天消耗的电是五十万度。计算机芯片也从CPU发展到GPU，比如英伟达H100芯片拥有800亿个晶体管。

AI时代到来，需要更强大的算力。比如，一个6秒的视频，需要2000张英伟达的H100GPU芯片学习训练一个月；如果把视频的长度从6秒增加到30秒，需要4000张英伟达的H100GPU芯片训练三个月。未来，计算机的发展需要更高的算力、更高的存储密度，同时按照可持续发展的要求，需要更低的能耗。

量子计算机提供了这样一种可能。量子计算机是如何工作的？薛其坤介绍，量子计算机在物理上通过量子纠缠或量子叠加，同时操控N个量子比特（硬币）的2N种状态实现信息并进行处理。最理想的状况是，量子计算机能提供十万亿亿的处理速度，相当于1000个超级计算机。

什么时候才能研制出通用量子计算机？“至少还有5个关卡有待攻克，比如错误率、制冷机、硬件方案等。”薛其坤表示，估计至少需要10年到20年的时间，量子计算机挑战着人类的最高智慧，研发难度高于人类首次登月，是一个国家最强科技实力的象征之一。

“由此可见，基础研究的发现会催生划时代的革命性工业技术。”薛其坤再次强调，超大数据信息时代呼唤更强大的算力，量子计算机具有强大的算力，需要全球物理学家和计算机专家的共同努力。