10月28日下午，在未来科学年会量子物理专场的对话环节，五位科学家就量子计算的未来、中国量子计算的发展等问题展开了热烈的讨论。以下文字节选自对话。
主持人：
丁洪，中国科学院物理所研究员，北京凝聚态国家实验室首席科学家，未来科学大奖科学委员会委员
讨论嘉宾：
陈宇翱，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室教授
陆朝阳，中国科学技术大学教授
施尧耘，阿里云首席量子科学家，之江实验室副主任
王浩华，浙江大学物理系教授
从左至右依次为丁洪、陈宇翱、陆朝阳、施尧耘和王浩华
丁洪：施教授在刚才的报告中说，量子计算机是不存在的，但是你又提到了你很有信心、量子计算机是会制造出来的，我想问一下你这个信心来自于什么地方？这个问题也提给其他三位物理学家。
陈宇翱：我们对于计算能力的需求可以讲是贪得无厌的，我们永远都会觉得不够，既然有需求的推动，物理上又有这种可能性，我认为还是可能实现的。至于说实现时间，或者说1024位或2048位的量子计算机在我的有生之年能不能出现，我不好说，但是我相信最多在两三代人的努力下，还是有能力实现的，这是我的观点。
陆朝阳：如果问一个东西到底行不行的话，我想从两个方面来说。一个是原理上、原则上，能不能做到。如果大家能够想出原则上的问题，从根本上证明量子计算是做不到的，这个也很好，可以发表在国际非常重要的期刊上，我相信这是一个未来奖级或者诺奖级的工作。
其实在提出算法之后的一段时间，这个忧虑是普遍存在的，因为大家觉得这个错误是无法避免的，当然之后，Peter Shor（提出量子分解算法的科学家）第二次拯救了量子计算领域，就是提出了纠错算法。
第二个方面在技术上，原则上可以做，技术上能不能达到精度或者是说操纵能力。其实我觉得这是随着我们的时间发展的。曾经有一度，比如说爱因斯坦跟布尔所争论的很多量子力学的基本原理，比如说用一些理想模型，有一个光子对它进行称重，他们认为做不到的试验，经过几十年的发展，我们在实验室里面都可以很方便地制造出一个原子、一个光子。所以随着技术的进步，认为很多之前做不到的事情，现在做到了，最近的五年、十年，量子发展也有这样的趋势。曾经我们以为需要二十年才能做到的事情，可能我们在未来的两三年，可能会做到，这是我想额外想补充的两点。
王浩华：刚才两位教授解释得非常的精辟了，包括前面的讲者，我自己承认我做量子计算的试验研究，以我看到的技术水平，我们做通用的量子计算机要达到容错的阈值，这是非常难的。当然回顾计算机的发展，也是上世纪六七十年代没有人想到我们能够集成化，一下子小型化集成管的出现，这个也是我们时间的突破点。
现在我们在一个量子计算更大的框架里面处于萌芽阶段，我们做了很多的机理研究，原理上没有问题，但是如果说我们集成起来，可能达到通用水平很难。但是正如施先生提到的，我们能不能找到一条捷径，比如说量子模拟或者是优化的计算，这种东西在我们现在可见的技术视角里面，我觉得刚才朝阳也说了，十年、甚至是几年内，就有可能有突破，有实用的价值，可能会超过经典计算机的能力，这是一个非常值得期待的领域。
施尧耘：我抬一下杠，刚才我讲我很乐观，但是我觉得还是有风险。刚刚陆朝阳指出一个风险，我现在讲一个社会上的风险。我觉得这是一件很难的事情，未来不知道要多长时间才能实现的。我觉得这个东西非常的困难，需要非常高程度的投入，并不是一个企业可以单独完成的。如果整个社会有非常高的预期，但一段时间没有实现后，社会的热情消散。在这样的一个假设下，如果没有社会的投入，量子计算机的研究将进入低谷。我觉得确实有这个风险，如何规避这个风险呢？一个方面是，作为科学家我们需要进一步的准确沟通我们做过的事情，以及我们在这个过程中遇到的困难，这是非常难的事情，而且是一个非常长的征程。而社会上希望有更好的教育程度，更好的理解和欣赏我们所做的工作。
丁洪：如果说量子计算机最失败了，会是以一个什么样的形式失败？是因为我们器件做不好，做不出来三极管，集成电路做不好，还是说因为量子纠错的问题，还是说克服不了退相干的时间，最后达不到？对此你们怎么理解？
陆朝阳：刚才施老师后面讲的，我非常认同。我们社会应该以一种更加理性的态度去看我们量子计算的研究，不要捧得太高，因为其实捧得太高是一件非常危险的事情。对于我们来说，我们会一步一步达到最终的目的，所以我们会采取一个分步骤，有阶段性的成果，这样的话不至于说有这样一个非常大的落差，以至于我们的研究最终失败。
我觉得丁老师提到这个问题，最终失败的概率，我认为是非常小的。当然，这也取决于我们对量子计算机的定义。我个人定义的话，我能够造出一个机器来，这个机器能够做一些非常重要的，有实用价值的任务，这个任务比我们所有的计算机都要快，会产生使用价值，这个已经算是量子计算机的成功了，因为给我们带来一些新的科学、我们以前做不到的技术。
所以现在，大家正在努力的方向分三步走：第一步我们希望造出这么一个机器，当然对于第一个目标，我们并不需要它真正的实用，只要在某些问题上比我们的经典计算机要快，这样的话就实现了从只是发表论文到真正有器件的飞跃。第二个飞跃我希望它能够做出一些，比如说超能原子，能够在一些凝聚态物理和材料设计的问题上给我们一些突破，这也是一个非常重要的成果。第三步就是希望向一些通用的、可编程的计算机努力。对于前面两个目标，科学界大家还是非常有信心的。这个如果做到了，我们可以认为量子计算机已经成功。
丁洪：我问一个问题，大家也没有看过量子计算机，这个量子计算机到底长得什么样？具体的物理形态是什么样的，能做什么，我们输出什么，出来的是什么？
王浩华：在我们现在来说，量子计算机到底是一个什么系统来实现，这是一个存在争议的问题，大家都在齐头并进，大家都想做到第一个目标，展示一个超越经典计算机计算能力的实际的东西。目前来说，可能有几个系统走在前面，但没有一个具有绝对的优势。朝阳他们的试验，包括他们最近的光子，包括原子的纠缠和超导比特。但是有一点是可以肯定的，以现在我们所看到的技术可用性，这个计算机将是一个非常庞大的系统。当然我们真正的计算机，最原始的计算机也是非常大的，电子管的体积占地也是很大的。但是，我想做成一个有一定的编程能力，能展示一些算法或者是做一些实际应用的量子计算机，这还是比较有可能实现的事情。我希望未来我们能够分析分子的动力学过程，这在药物合成方面有一些实际的应用。实际上现在这些领域是占用了大量的超算资源，如果我们把我们的量子机器做出来，我们实际上可以分摊很多的超算所需要的资源，这是很有意义的一件事。
丁洪：（对于超导量子比特数量的发展）从UCSB的四个、五个，九个，后来你们做到十个，现在有十六，十七个，还有可能是49个，这里有一个问题，如何评价中国在量子计算的发展和在世界上的地位？
陆朝阳：我先做一个比较小的回答，刚刚施老师说量子计算机不仅仅是量子比特数的问题。英特尔宣布了17个超导量子比特的芯片，其实我们在评价的时候，这个数字是一个方面，其实可能更重要的是，我们能够对它做控制的操作能力。这个能力的最集中的体现是，我们能不能把这样几个量子比特全部纠缠起来，这是一个非常重要的指标。比如说我们在科大，现在做到十个光子，我全部纠缠起来；比如说和浩华一起合作，发布十个超导量子比特，全部的纠缠起来。但是最近英特尔发布了17个超导量子比特是没有纠缠的，其实这在学术界里面有一个很大的区别的，当然英特尔没有发表论文，只是在媒体上发布消息，可能我们很多的公众听起来不知道这里面的比较大的区别。
所以，我们可以非常有信心的宣布，至少我们中国在光学、超导，以及我们能够纠缠的数目上目前处于比较领先的地位。光学一直处于领先的地位，最近超导我们也是非常的努力，也有信心跟他们可以一较高下，比如说超冷原子。
施尧耘：首先我觉得中国的科学家非常棒，做得非常非常出色，在座就有三位非常棒的年轻学者。我想大家还需要注意到，在中国，科学家获得的支持远远没有国外的强，比如说在国外各种相关的领域，都有很方便的办法得到一些器件和技术，这里有很多的事情，我想我会有更切身的体验。大家看到这些科学家在这样的环境里取得的成就，更是非常不容易的。
丁洪：如果有学生听了你们的发言，对量子计算感兴趣了，你们该对他们说什么，比如说他们去学习或者是说他们也能参与这项工作。你们有没有什么好的建议？
王浩华：我先说两句，我们在座的有五位，四位是物理出身，我还是要强调一下物理学对我们很重要。当然了，尤其是量子计算机，现在处于一个萌芽阶段，确实利用了很多的量子力学，物理里面最深奥的理论之一，所以我学好物理，我可以理解他的精髓。但是我们国内可能对物理，包括从高中的教育开始就有一点点缺失。
丁洪：浙江省的高考，选物理的高中生越来越少。
陈宇翱：正好说到了物理，也说到了高考。因为我上大学开始一直有人给我灌输或者是讨论，21世纪是生物的世纪，然后下一个世纪是化学世纪。之前我跟庄小威师姐她们都讨论过，无论是生物还是化学，各个学科，包括了计算机，追根溯源，去寻根问底的时候会发现不得不考虑量子效应。所以在我来看，我要跟年轻人讲一句话，无论是21世纪还是22世纪、23世纪，永远都是物理的世纪，这我要讲的话。
发表于 2017-11-3 19:11
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