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融合量子计算与超级计算 促进技术产业快速发展

2021-12-22

(作者:喻志超 李扬中)


以量子物理为基础的量子计算不仅能克服现代半导体工艺因为尺寸减小而引起的热耗效应,还能利用量子效应实现独特的计算,配合相应的量子算法,可以把一些传统计算无法实现的计算问题变成可在有限时间内实现,对于国家安全、生物医药、大数据、金融工程等领域具有巨大的应用前景。近年来量子计算机研发取得重要进展,正从理论研究开始迈向实际应用。

2021年中国计算机大会(CNCC)于1216~18日在深圳召开,郭光灿院士参会并做大会论坛报告“量子计算发展状况”。报告包括“量子计算机的工作原理”、“国内外量子计算机发展状况”和“当前量子计算机发展生态”三部分内容。

量子计算机具有超越电子计算机算力的能力,其物理基础是在信息处理过程中充分应用量子特性,即“不确定性”和“非局域性”。量子利用量子叠加和量子纠缠来实现逻辑运算,但受限于相干时间和量子操作精度。超导系统的相干时间的提升和单比特、两比特的操作保真度可以达到99.99%等技术的发展激发了全球各大公司加入研制量子计算机的竞争行列,使得量子计算机的研制和应用取得突飞猛进的进展。

郭院士指出,量子计算机的发展需要“原型机”、“量子霸权”、“通用量子计算机”三个阶段。现在的“量子霸权”阶段可以在特定问题上实现超越经典超级计算机的计算能力。当前量子计算机发展的特点,一是在实际应用中发挥“量子提速”的作用,可以通过将量子计算机和经典计算机相融合提升解决问题的速度;二是针对信息网络安全、大数据、化学生物医药、金融工程、智能智造等领域研制有使用价值的量子专用机。

量子计算的发展需要良好市场生态支撑,只有在应用中发现问题、创造应用场景并及时反馈给研发端,产业才能迭代发展。美国IBMGoogle公司对量子计算通用机都有了发展的“路线图”,而且市场生态较为良好,牵头组成产业联盟。目前,国内从事量子计算机生产和制造的企业总量少且多处于初创期与成长期;在生态应用方面,国内企业还处于早期探索阶段,未全面开展联合攻关。

量子计算机发展的竞争归根到底是发展生态的竞争,如果国外生态一直优于我们,那么我们在应用领域的差距就会被拉大,有可能影响未来量子计算产业发展。郭院士建议,我国需要加快营造量子计算机“研发—应用”的发展生态,现阶段要和经典计算机紧密结合起来充分发挥量子计算机的提速作用;同时需要发挥举国体制的优势,通过政府导向生态的营造促进生态发展,从而增强我国量子计算领域的国际竞争力。

前不久,新一代神威超级计算机应用“超大规模量子随机电路实时模拟”(SWQSIM)获得2021年度“戈登·贝尔”奖。该奖代表了最先进的量子计算模拟水平,也预示了量子发展的巨大前景。目前,深圳超算中心二期建设正在紧密推进,当前高技术领域角逐的焦点之一的E级计算机即将落户,其中量子计算领域是E级超算重要应用之一。将量子计算整合到工业级的高性能计算环境中,有助于使量子计算机接近实践,为科学和工业用户提供明确的应用场景。

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