量子计算速度太“可怕”!北京这个单位正全力攻坚
北京日报客户端 | 作者 张航

2019-10-24 18:53


2019年8月23日,谷歌在持续重金投入量子计算13年后,成功摘取量子计算领域的一个重要里程碑:实验证明了“量子优越性”,在特定任务上,量子计算机可以大大超越经典计算机的计算能力了。

量子计算究竟是什么?有多大的魔力?北京的科学家这方面的研究如何?

今天下午,北京市科委组织开展“科技创新”专题政务开放日活动,邀请30余位市民代表走进北京量子信息科学研究院及其超导量子计算实验室。

在超导量子计算实验室,只见一座实验台架上安装着一个高约1米,直径约半米的金属圆筒实验装置。现场讲解的实验团队负责人金贻荣告诉记者,不要小看这个“圆筒”,这里面可大有玄机,是超导量子计算的核心。“圆筒”里有分别有一个10比特和20比特的量子芯片,为了保障它们能“专心”工作,这个“圆筒”一共有7层,可以把外部环境中的电磁场干扰牢牢地拦在外面,而里面的环境温度是零下273.14℃,比宇宙的温度下限,也就是绝对零度,仅仅高了0.01℃。

谷歌发布了自己的研究成果后,很多人都在关心什么是量子计算。金贻荣说,计算机计算包括经典计算和量子计算,经典计算采用了晶体管经典比特,也就是“0,1二进制”,只能处于0和1两个状态,但量子比特可以实现叠加、纠缠,就这带来了超强的并行计算能力。

举个例子,我国的神威·太湖之光超级计算机曾经是世界上最快的超级计算机,每秒钟峰值运算能力达到接近10亿亿次。而60比特的量子计算机并行工作1次,计算量是“神威·太湖之光”的100倍;如果是100比特的量子计算机,则是可怕的1亿亿倍。这种超算能力会对我们未来的生产、生活带来巨大的变化。打个浅显的比方,如果我们要在一本厚厚的新华字典里找一个字,传统的计算机查找方式是一次翻一本字典。

而量子并行计算,是直接复制多本字典同时翻阅查找。金贻荣说,在生产研发领域量子计算也将带来巨大变革,比如分子动力学是靶向药物等科研领域的必经之路,但因为计算量巨大,直接导致药物研发时间动辄10年以上,费用动辄以亿计算,如果未来量子计算投入使用,时间、费用可能都会大幅下降,这将为疾病攻克带来福音。

记者了解到,目前国际上对于量子计算采取了不同的技术路线,包括拓扑量子计算、超导量子计算、量子点量子计算、离子阱量子计算、冷原子量子计算等等。这些研究方向我国的科学家们都有涉及,都在开展全力攻关。虽然相比国外起步较晚,但追赶速度很快。此次谷歌完成的53个比特的量子计算,金贻荣表示,按照目前我国科学家的研究进度,预计两到三年就能达到甚至超过这一水平。

北京市科委介绍,在加强全国科技创新中心建设进程中,北京市着力布局建设了量子信息科学研究院、脑科学与类脑研究中心、智源人工智能研究院等一批新型研发机构(平台),进一步赋予领衔科学家人财物支配权、技术路线决策权,并鼓励开展科技经费“包干制”的探索,充分调动科研人员积极性,持续激发创新活力。量子研究院的使命就是要建设成为新时代中国的贝尔实验室。经过积极筹备,量子院在2019年已经进入了全面推进的快车道。

据悉,量子院将瞄准世界量子物理与量子信息学前沿和国家在量子信息技术等领域的战略急需,整合北京现有量子物态科学、量子通信、量子计算、量子材料与器件、量子精密测量等领域骨干力量,大力引进全球顶级人才,组建一支由世界级水平工程师组成的技术保障团队,建设顶级实验支撑平台,力争在理论、材料、器件、通信与计算及精密测量等基础研究方面取得世界级成果。


编辑:周文丽


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