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从传统计算机到量子计算机,还有多长的路要走?今天(9月7日)开幕的2024年浦江创新论坛上,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对此进行了探讨。
薛其坤对传统计算机和量子计算机进行了比较。
传统计算机基于晶体管和集成电路。1947年,贝尔实验室的布拉顿、巴丁和肖克利发明了半导体晶体管,并因此于1956年获得诺贝尔物理学奖。1955年,肖克利在加州创立首个半导体工厂,进而发展成为今天的硅谷。1958年,基比发明了集成电路,并因此获得了2000年诺贝尔物理学奖。
超级计算机是传统计算机的奇迹,其特点是运算速度高、存储密度高。峰值算力达1.1百亿亿浮点数/秒,晶体管数目约6000万亿,但其占地面积也高达3亩,功耗达到50万度/天。
传统计算机的CPU也在不断迭代升级。比如英伟达H100芯片,拥有800亿晶体管,算力达到1.5亿亿,其功耗达到700W。Cerebras Systems的AI加速芯片则集成了4万亿晶体管。
但是在人工智能时代,这些还不够,我们还需要更强大的算力。薛其坤指出,AI时代信息处理需要更高算力、更高的存储密度,且按照可持续发展要求,需要更低能耗。
量子计算机为实现这个目标提供了重要可能。两者相比,传统计算机的传统比特为场效晶体管,其工作温度为室温。而超导量子计算机的超导量子比特为约瑟夫森结,其工作温度低至零下273度。
因为需要庞大的制冷机,所以通用超导量子计算机占地约1/4足球场,而且永远不能小型化。因此我们永远不用担心自己的电脑被量子计算机代替,就像不用担心汽车会被飞机代替。
那么什么时候才能研制出通用量子计算机?薛其坤指出,目前还有五道技术难关:错误率、相干时间、制冷机、硬件方案不确定性,因此估计至少还需要十到二十年才能研制出实用的通用量子计算机。
薛其坤表示,通用量子计算机挑战人类的最高智慧,其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,这需要物理学家和计算机专家等的共同努力、久久为功。
作者:孙欣祺
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