姚期智院士:量子计算机还差最难一里路,那就是如何“纠错”

冯丽妃/中国科学报

2017-11-14 15:42

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“如果现在常用的一个RSA密码系统用400位数的整数做密钥,用现在最大、最好的超级计算机需要60万年才能解出密码。但用一个有相当储存功能的量子计算机甚至无需3小时就可以做出来。”在近日举行的腾讯WE大会上,图灵奖获得者、中国科学院院士、清华大学交叉信息研究院院长姚期智说。
中国科学院院士、清华大学交叉信息研究院院长姚期智 东方IC 图
量子计算机现在基本上已呼之欲出,可以称为“处于实现的边缘”,姚期智说。他认为当前“我们已进入一个能看到量子计算机将要做出来的时间段。我们可以把它叫作最后的一里路,但这会是一个非常艰难的需要经过一段时间的最后一里路”。
谈及量子计算机与传统计算机的差异时,姚期智举例说,中国有一个寓言是“杨子见歧路而哭之”。杨朱听说有一只羊在道路分叉的地方走失了,没有那么多人分道去寻找,觉得很悲伤。看起来唯一的方法是先走一条路,然后再走另外一条路。传统计算机在寻找一个计算问题的答案时也存在这样的问题。
“如果杨子是孙悟空的话,这个问题就解决了。他可以在头上拔几根毛,变出很多个小孙悟空走不同的路。”姚期智比喻说,在量子世界中,这些最微小的粒子“本身就具有孙悟空一样的能力”。“小孙悟空”在适合的情况下能非常好地配合,协同合作。换言之,这就达到了平行计算,基本上等于“有无限多个能够运作的计算器给你用”。
不过,量子物理世界在原理上还有其他结果。姚期智表示,在经典物理中,如果一个光源放出一束光,经过一个有很多小洞的屏幕,随后就会看到第二个屏幕上的光会有时亮时暗的周期现象。这是由前面的波长、屏幕上的针孔之间的距离等参数决定的。反过来,看到结果时可以了解原本的光源性质。
“在量子中,如果要破解一个密码,可以把它代表成量子态。如果做好这个量子态的光学设计,一个很有意思的结果是:量一量后面的模式,它就会告诉你密码。”姚期智说,“做真的光学实验所需设施非常大,但量子计算机可以指数性地把这个时间降下来,查出本来的密码。破解RSA就是这个原理。”
此外,他表示,量子计算机还可以做很多事情。其最重要的一个应用是可以模仿古典物理,解量子方程式,从而解决很多物理、化学、生物学问题,等等。
实际上,经过这十几、二十多年的努力,在实践建设量子计算机过程中已经取得了相当大的进步。姚期智说,现在科学家已经了解到什么样的材料最适合做量子计算机,这个蓝图基本上是有了。也许,在半年、一年后有很多地方都宣布能够做出50个量子比特、100个量子比特的机器。
“这些当然令人兴奋,但却离实用还差得很远。”他说,“因为大家都还没有考虑怎么纠错,而在量子计算机中这是一个非常难的问题,所以现在走到了最后一里路,但也是非常长的一里路。”
6年前,姚期智等在清华大学成立了量子计算机所,现在该所已成为世界上相当知名的一个量子计算机中心。姚期智介绍,中心现在有用超导、离子来做量子比特的,甚至有用钻石做的,它们各有优劣势。另外,该中心还做一些拓扑的量子计算,这有助于纠错。譬如该中心已做出第一个能纠错的量子计算机,虽然只是在很小的基础上做的。
“在量子计算机里面最重要的事情是做记忆,我们最近的一个工作是在原子上能做出225个记忆体,这比以前增加了10倍。”姚期智透露。另外,他们还希望量子比特存储得久,而不是0.01秒就消失。
“对我来讲,最兴奋的就是我们现在两个最热门的题目——量子计算和人工智能(AI)将来可以结合在一起。”姚期智说,AI是人类想要了解自然界怎样做出如此聪明的人,如果能够把量子计算机和AI放在一起,人类可能会做出连大自然都没有想到的结果。
(原题为《图灵奖获得者、中国科学院院士姚期智:实现量子计算机还差“一里路”》)
责任编辑:崔烜澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 量子计算 姚期智

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