陈廷勇：量子计算机对药物研发帮助非常大_新浪财经

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　　中国高新技术论坛于11月15日-17日举行。深圳量子科学与工程研究院副院长陈廷勇出席并演讲。

　　以下为演讲实录：

　　非常高兴来到这里分享我们在量子世界做的一些工作，前面有低空，比较高的、比较大的，我们要金融微观领域，量子大家不是特别熟悉，我尽量让大家对量子计算或者这个量子世界有一些了解。

　　这是我的演讲重点。就是主宰我们的物质科学是四大动力学，一个是经典力学，一个是热力学、一个是电磁学，最后是量子力学。学科技、物理的人都是在学这些，这四大力学能够把我们整个的世界所有东西都包含在里面。大家看到前面三大动力学，最晚的电磁学或者电动力学，就是1873年的热力学都是最早的，牛顿都是最早了。1800年的物理学已经很厉害了，拉普拉斯向拿坡仑汇报的时候，拿坡仑问他，在你的理论里，上帝在哪里。拉普拉斯回答说，我们的世界里面不需要上帝了。当时开尔文就告诫大家，所有的科学家劝大家不要学科学，没有意义，所有新的科学在小数点后第六位才能够找到，基本上所有事情都已经解决了，但是在晴朗的科技天空当中，有两朵非常小小的乌云，一个是找不到传播光的以太，第二个是黑体辐射。这是在当初量子力学建立过程中，1900-1930年左右，量子力学建设过程中作出卓越贡献的科学家，他们的年龄就是当时得诺奖的年龄，是一群比较厉害的科学家，那是第一次量子科技革命，这为人类带来了非常重要的技术，可以说大家现在屁股下面坐的，口袋里装的大部分东西跟量子有关，尽管我们没有学物理，没有用量子理解它，比如核物理、核技术，就是原子弹、核能，三极管就是你的手机里面、电脑里面用到的芯片。还有激光、万维网等等，其他都跟第一次量子科技革命有关。

　　第二次量子科技革命中间有一个比较重要的问题就是在第一次量子科技革命的时候，爱因斯坦他对量子力学当中的解释，就是中间纠缠的问题，和波尔进行长达很多年的争论，这两个科学家都得过诺奖，很厉害，爱因斯坦提出说一个隐参数，上帝怎么可能掷色子。波尔说爱因斯坦你不要去想上帝怎么做。2022年诺贝尔的物理将证实了量子纠缠。

　　我们为什么需要第二次量子科技革命呢，这就是算力需求。这是半导体芯片行业当中，这条线已经平了，各位已经感觉到我们买最新的iphone的算力，或者最新的芯片的价格提升高了，但是它的性能提升不高了，也是这样的原因，你推到3纳米速度也是不够了，这也是其中一个重要原因。还有一个重要原因就是信息数据特别多。这个地方有一个小小的视频就是基因测序，这会产生海量数据，这些数据也需要海量的分析，这也是需要量子技术才能够做到的。

　　还有一个是在操控方面，就是我们能够对原子或者原子的状态进行操控，这个地方大家看到一个超级马里奥，这是原子，每一个点是一个原子，就是我们对原子的操控能力已经到很强，量子态到很强的，在这样的背景下我们才可能实现量子计算。这几张PPT当中很多都是为了把事情讲清楚，这张PPT是非常严谨的，就是我们做到量子计算需要在量子力学里面有四个假设，态空间、演化、多量子比特组合、测量。这是一张比较严谨的PPT，我不用怎么解释，大家如果想了解，可以拍下来去交流。

　　假如一个经典的半导体里面的经典比特就是上下，我们对它进行操控的时候，比如有一个开关，我把它拨到上面就打开，拨到下面就关上，就是可以操控它。中间正在运行的这个就是Transistor，中间红色的是二极管，Transistor是很重要的东西，在所有的半导体里面都要用到。量子比特不是这样，它有朝上，也有朝下，任何一个量子是朝上和朝下的叠加，我在上面加一个小小的电压让它变一下，它影响了朝上，也影响了朝下比例分布，原来如果是朝中间的，就是50%是朝上，50%是朝下，我稍微加了电压，它就改成25%朝上，或者75%朝下，就是变成这样。这就是两个量子态，在数学上怎么实现它，就是成一个矩阵，比如说X是一个矩阵，矩阵上去，我就对这个比特进行操控，如果我有两个比特，就可以做1+1了，加一个电压进去，我就实现了1+1，对它进行计算，还是一次计算。如果量子的两个比特，如果把它纠缠起来，它的基态就有4个，任何一个量子态就是4个基态的叠加，我加一点点电压，对这个量子态进行一点改变，就相当于把这个超级大的矩阵，4×4的矩阵×上去，它就是2.2次方的计算，就是加了一点电压。经典的比特就是朝上朝下的，量子比特就是一个朝上朝下的叠加，如果我把它当做寻找迷宫的话，最经典的来说，它就是每个通道去走过，量子比特就在右边，你看它走过来的时候，它自己可以分解成很多个基态，每一个基态就像孙悟空一样的，他身上有很多毫毛拔出来，每一个毫毛找一个迷宫，它的速度快得多。如果比较起来，就看下面这一个，对经典的计算器，我们做一次电压，就是一个计算，是1+1，对于量子，取决于你有多少比特，你的量子比特是N个，你加一次电压实现了2的N次方的计算，这个取决于N有多大，我们现在能够做到几百个量子比特，大家知道整个宇宙已知的能够算到的原子个数是10的80次方，这个10的80次方相当于2的260次方，也就是说我只要265个量子比特就可以把全宇宙每一个原子都可以表现出来，所以这是一个相当大的，它提高的速度并不是简单的指数级的，它取决于你有多少个量子比特，它的速度超级块。

　　当然如果量子计算做出来，对我们的影响非常大，第一件事情是你的手机不能看银行有多少钱，你的密码输入进去，旁边量子计算机很快知道你的密码，我们现在之所以你可以去看，可以输入，是因为这个MIT的三个科学家发明的方式方法可以让你看你的银行帐号，使得我们的军方通讯不像二战的时候大家相互之间拼命破解，RSA是破解不了，量子计算机一旦出来，它是可以破解的。这是安全性的问题，当然我们研发量子计算机最主要的是药物研发，不管怎么样，它的应用性非常非常大，这里我就不用仔细去列举了，它的应用性非常广泛，只要能够做出来。

　　这是涉及到很多产业以及很多正在投入和成立的公司，从工业应用、量子软件/算法、量子云平台、量子硬件、芯片加工、设备供应等等，是很多大公司，也有我们的国家的发展方向。这是最新的美国和中国的进展，左边是谷歌的，这个是光量子计算机，这应该是祖冲之，这是IBM的一个量子计算机的制造工艺。这和量子院的略有不同，但是基本上类似，我们也是采用多层的，在蓝宝石上实现的量子计算。量子芯片的加工过程和经典的芯片加工过程基本上类似，使用的很多装备都基本上是一致的，做量子计算的系统也非常多，这个只是大致举例，我们现在还不能说出来哪一种系统是最好的，但是我们在国际量子研究院每一个方向都进行了布局。

　　我们的量子院大致的历史，这是2016年俞大鹏老师从北大加入到南科大来。2018年的时候，深圳量子科学与工程研究院挂牌。五年之后，我们是第一届的建设期完成了，这是当初的一个研究所的简单的仪式。这是当初开始量子科学与工程院开始挂牌的样子。到现在，我介绍一下，最上面是我们的36BT的量子计算机，这是我们的量子欺骗，测量的时候，量子比特需要微波控制它，这里有很多微波线，这个操控平台是我们自己造的平台。这是我们最新的一项工作，实现了一个新的量子逻辑门，这也是几个月前我们的工作，我们可以把5个量子芯片并联起来变成更大量子芯片，原来是一百个，五个并联一起是五百个纠缠起来，这是比较大的突破。它们之间的距离，比如说64米很长很长的距离可以实现并联、实现纠缠。

　　这是我们几个月前做的一项工作，就是在量子计算当中，你总要纠错，因为量子它达不到百分之百的，总是99%或者90多，我们想办法进行纠错，通常的方法是越纠越错。我们今年一个里程碑式的工作，这是和耶鲁，不是和他们合作，他们有一篇文章，我们有一篇文章，就是证明可以通过纠错让量子计算机变成更加好。这是在国际上来说非常重要的里程碑式的工作，这是我们证明可以超过盈亏点、平衡点46%。

　　另一项工作是我们证明复数在量子力学当中非常重要，这被美国物理学会评为2022年度全球十大进展之一。这个是我们在一个系统里面，潘建伟老师在另外一个系统里面同时证明了一个现象。还有硅量子点，这是我们在固态硅上面实现量子计算的研发。我们也做一些应用技术，我们围绕着应用技术就是量子芯片加工，我们不希望我们的量子计算机做出来，就像现在的计算机做出来，所有的芯片、加工工艺、设计要进口，我们希望全产业链都掌握在自己手里，所以芯片加工工艺，量子芯片的测量、封装都做。这是我们的电子光刻器，我们现在已经做了16纳米，30千伏，在50千伏的时候争取进入到10纳米以内，在100千伏希望做到2纳米，这是我们做的一些微小的器件，我们把南科大做的头发丝一样很小的量子。

　　我们做量子计算机的时候，量子芯片必须运行在低温或者绝对零度的冰箱，这个冰箱也是进口的，平均五六百万，大一点超过一千万，这些装备也是我们自己引发，这是稀释制冷机，这是我们研发的各种零部件，我们现在已经到达100K。

　　除了做这个稀释制冷机，我们知道量子芯片是基于其他的材料，需要新型镀膜机，专门用来做量子芯片，它有些什么好处呢？它可以做到在纳米线上或者是在原子层面上把它控制起来，做得非常均匀，在这样的情况下你才可能实现量子信号。这样我们也可以用它来做其他的，比如说MRAM的存储器，如果观众当中有做芯片相关的，对这个可能比较了解。

　　在1955年左右的时候，我们开发Electronic，它是军方应用，算大炮怎么打得精准，是花了600万美元，占地150平方米，重30吨。到2000年左右，我刚去美国的时候，朋友送给我一个很小的免费的手机，55年之后，它的的计算能力是当初的Electronic的一万倍，非常非常小，这就是计算机的发展速度。现在的量子计算机非常大、非常贵、非常复杂，一定需要学物理的博士生，还要受过很多的博士生才可能运行，未来我们的量子计算机或者量子科技会是什么样子，现在我们没有办法预言的，但是欢迎大家来到量子时代，谢谢大家。

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