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中国科学院院士、南方科技大学校长薛其坤《量子科学与技术革命》主旨演讲（上） 薛其坤:尊敬的各位嘉宾，非常荣幸能够在这个非常论坛谈一谈一个物理学家对大数据时代的一些看法，今天我演讲的题目是《量子科学与技术革命》，我想从物理学的角度谈一谈大数据产业，大数据时代是从哪里来的？将会走向何方？10年以后、20年以后有可能大数据时代是什么样的?它所依赖的关键技术将会是哪些?这些观点都是一些个人的观点。 为了理解我讲的量子计算机和量子科学，我们先复习一下最简单的数学，2的5次方相当于5个2相乘，等于32；2的10次方相当于10个2相乘，那就是1024，约等于10的3次方；那么，我们继续推下去的话，2的60次方，就约等于10的18次方，用中文来说的话，就是100亿亿，请大家记住这个公式，2的60次方约等于100亿亿，这就是理解量子计算机的指数加速度最根本的公式。在大数据时代我们还要熟悉一些基本概念，就是字节，这里切除了一些字节的单位，千、兆、吉、太、拍，还有更高的就是艾字节，就要刚才谈到100亿亿，约等于10的18次方，然后等于2的60次方。还有一个更大的单位就是泽字节，英语是ZettaByte.它对应的数字是10的21次方，约等于2的70次方。 按照国际数据协会IDC公布的数据，大家可能比较熟 悉，在2020年我们产生的一些新热数据达到40ZB，刚才已经给大家讲了泽字节的大小。5年以后的2025年，我们的新数据产生量将会达到175ZB.我们现在假设一个硬盘是一个T字节的话，那么当年产生新的数据是2000亿个硬盘，也就是全世界都有30个硬盘，所以这个数据是非常大的。那么，我们还能沿着这种方式走下去吗？2030年将会有多少数据产生？这些数据我们怎么存储?怎么利用它？这是科学家非常关键的问题，而且存储这么多的数据需要耗费巨大的电量。 为了说明数据时代的到来，我们不得不回想一下20世纪三个重要科学发现，第一个是大家熟悉的相对论，第二个是量子力学，第三个是DNA发现。我是从而量子力学研究，所以我今天讲一下量子力学。 量子力学为什么对今天的大数据时代、对产业如此重要呢？因为没有量子力学就没有我们今天的数字，没有01时代。大家都知道自然界存在的材料只有两类，一种是导电的，一种是不导电的，但是上个世纪量子力学的发展，使我们从理论上提出一个全新的概念，半导体。什么叫半导体?通过一个外加条件可以改变这个条件导电还是不导电的性质，原来一个绝缘的，不是特别绝缘的，通过电场就可以变成导电，这是01数学概念在一个器件和技术水平上如何实现它的科学原理，所以大家知道半导体，就知道了01是怎样产生的，就是通过电场的调控可以是一个导体由0的状态不导电，由1的状态就是导电，或者相反。 上个世纪，大家都知道1947年三位物理学家因为发了基于半导体的晶体管，再加上后面1958年发展的集成电路技术，使我们有了今天真正的信息处理芯片、超级计算机，我们的手机芯片，等等。大家都知道下面要发展最重要的计算机，运算速度可以达到100亿亿/秒（浮点数），每秒浮点数就是2的60次方和10的18次方，这就是所谓下一代一级超清计算机的运行速度。 那么我们就会问，这么一个机器，包含这么多的晶体管，是上百亿个晶体管，我们还能按照这个方式发展下去吗?如果发展不下去，我们产生如此多的海量数据，如何能搜索这些数据?利用这些数据?运算这些数据呢?这也是摆在科学家面前一个非常重要的问题。以我们国家最高水平的神威太湖之光超级计算机看的话，现在还在几十亿每秒浮点数的水平，包括美国的。下一代已经达到百亿级以后，我想还会思考千亿级的问题，这是我们必须要思考。 除了信息运用、数据处理以外，我们还要把数据存下来，一个重要的量子技术就是巨磁阻效应，1988年法国物理学家和德国物理学家两个人发现了基于量子技术的巨磁阴效应，一下子使我们的硬盘存在力度提出4个量级，所以才有了现在的硬盘，我们现在用的U盘已经达到一个T.或者几十G.基本的概念也是从深层次的量子力学来的。 总结，大家所熟悉的现在信息时代或者大数据时代，不管是信息的处理、信息的存储、信息的显示、传输，包括信息的精密测量，这些关键骨干技术都是在这种量子力学发展上建立起来、发展起来。有一个推论，如果我们继续提升这些技术的水平，一个进攻研究方向就是量子方面的基础研究。  |
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