量子科技普通(tong)人(ren)看不(bu)懂，聽起(qi)來(lai)很玄(xuan)。市場上還出現(xian)了“量子鞋墊”“量子水(shui)杯”“量子面膜”等，有的(de)培訓機構推出“量子波(bo)動速讀法”，這(zhe)些東(dong)西靠(kao)譜嗎？甚至有的(de)人(ren)宣稱(cheng)量子科技能治療糖(tang)尿病、癌(ai)癥等疑(yi)難雜癥，這(zhe)些說法科學嗎？記者日前(qian)采(cai)訪了量子科技方面的(de)著名專家(jia)，中國科技大(da)學教授、中國科學院院士潘建偉。

　　量(liang)子(zi)(zi)科(ke)技的(de)基(ji)礎是量(liang)子(zi)(zi)力(li)學，不(bu)治糖尿病(bing)、癌癥(zheng)等疑難(nan)雜癥(zheng)

　　記者：量(liang)子(zi)(zi)(zi)科技的基礎是(shi)量(liang)子(zi)(zi)(zi)力(li)學，您能否介紹(shao)一下量(liang)子(zi)(zi)(zi)力(li)學是(shi)什么？量(liang)子(zi)(zi)(zi)革命是(shi)怎么回事(shi)？

　　潘建偉(wei)：量(liang)(liang)(liang)子(zi)力學(xue)(xue)誕生(sheng)于20世紀初。從1900年普(pu)朗克提出(chu)量(liang)(liang)(liang)子(zi)論(lun)的(de)百余年來，眾多(duo)物理(li)學(xue)(xue)家(jia)通過對(dui)量(liang)(liang)(liang)子(zi)規(gui)律(lv)的(de)觀(guan)測，已經成(cheng)功構建起量(liang)(liang)(liang)子(zi)力學(xue)(xue)的(de)理(li)論(lun)大廈。通過量(liang)(liang)(liang)子(zi)力學(xue)(xue)，人們(men)深入(ru)認識(shi)了(le)微觀(guan)世界的(de)規(gui)律(lv)，在此(ci)基礎上(shang)產生(sheng)了(le)半(ban)導(dao)體、激(ji)光、核能(neng)等改變(bian)世界的(de)重(zhong)大發明，催生(sheng)了(le)現代信息(xi)技術，這(zhe)是人類(lei)的(de)第一次量(liang)(liang)(liang)子(zi)革(ge)命。

　　與(yu)經典(dian)力學相比(bi)，量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)力學所描述的(de)微觀粒子(zi)(zi)(zi)具有量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)疊加(jia)的(de)特性。如果把(ba)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)疊加(jia)擴展(zhan)到(dao)多個(ge)粒子(zi)(zi)(zi)，就(jiu)會產生(sheng)“量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)糾纏”現(xian)象。愛因斯坦(tan)就(jiu)把(ba)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)糾纏稱為“遙遠地點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)詭異互(hu)動”。科學家在對(dui)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)糾纏這一詭異互(hu)動展(zhan)開大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)實驗(yan)研究(jiu)的(de)過程中(zhong)，發展(zhan)起來了精細的(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)調控技術，人(ren)(ren)類從對(dui)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)規律的(de)被(bei)動觀測，發展(zhan)到(dao)能夠對(dui)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)狀(zhuang)態進行(xing)主動操縱，這就(jiu)類似于人(ren)(ren)類對(dui)生(sheng)物學的(de)認識，從孟德爾遺傳定律到(dao)DNA結構的(de)偉(wei)大(da)跨越。

　　結合量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)調控和(he)信(xin)(xin)(xin)息(xi)技(ji)(ji)術，產生了(le)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)信(xin)(xin)(xin)息(xi)這一新興學(xue)科(ke)(ke)(ke)。量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)信(xin)(xin)(xin)息(xi)包括量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)通信(xin)(xin)(xin)、量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)計算和(he)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)精密測量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)三方面(mian)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)，可以在(zai)確保(bao)(bao)信(xin)(xin)(xin)息(xi)安(an)全、提高運(yun)算速(su)度(du)、提升測量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)精度(du)等(deng)方面(mian)突(tu)破經典技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)(de)瓶頸。以量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)信(xin)(xin)(xin)息(xi)為代表的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)科(ke)(ke)(ke)技(ji)(ji)迅速(su)發展，人類迎(ying)來(lai)了(le)第(di)二次量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)革命。經過(guo)學(xue)術界多年努力，目(mu)前(qian)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)保(bao)(bao)密通信(xin)(xin)(xin)和(he)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)雷達進入(ru)了(le)實用(yong)化階(jie)段，也有了(le)相關產品，其他的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)技(ji)(ji)術離產業(ye)化和(he)商業(ye)化還需要一定的(de)(de)(de)(de)時間。至于(yu)市場上出現的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鞋墊、量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)水(shui)杯、量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)波動(dong)閱(yue)讀法等(deng)，都跟(gen)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)科(ke)(ke)(ke)技(ji)(ji)毫(hao)無關系，量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)科(ke)(ke)(ke)技(ji)(ji)目(mu)前(qian)也沒有在(zai)糖尿病、癌癥等(deng)疑難雜癥的(de)(de)(de)(de)治(zhi)療方面(mian)有所(suo)應(ying)用(yong)。

　　量(liang)子通信的(de)兩種(zhong)典型應用：量(liang)子密鑰分發和量(liang)子隱(yin)形傳態

　　記者：您(nin)提(ti)到量子通信已進入實用化階段，能否詳細(xi)介紹一下？

　　潘建(jian)偉(wei)：國際(ji)學術界將量子(zi)密(mi)鑰分發和(he)量子(zi)隱形(xing)傳態統稱(cheng)為量子(zi)通(tong)(tong)信。量子(zi)通(tong)(tong)信其實包括兩(liang)種(zhong)(zhong)最典型的應用(yong)方式，一種(zhong)(zhong)是量子(zi)密(mi)鑰分發，另一種(zhong)(zhong)是量子(zi)隱形(xing)傳態。

　　量(liang)(liang)(liang)子(zi)密(mi)鑰分(fen)發是(shi)利(li)用單光子(zi)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)態來(lai)加載信息，通過一定的(de)(de)協(xie)議來(lai)產(chan)生密(mi)鑰，量(liang)(liang)(liang)子(zi)力學(xue)(xue)的(de)(de)基(ji)(ji)本原(yuan)理(li)(li)保證了密(mi)鑰的(de)(de)安全(quan)。量(liang)(liang)(liang)子(zi)保密(mi)的(de)(de)安全(quan)性是(shi)基(ji)(ji)于量(liang)(liang)(liang)子(zi)力學(xue)(xue)基(ji)(ji)本原(yuan)理(li)(li)，和傳統的(de)(de)加密(mi)算法不一樣(yang)，它(ta)的(de)(de)安全(quan)性與計算復雜(za)度無(wu)(wu)關，只要量(liang)(liang)(liang)子(zi)力學(xue)(xue)是(shi)正確的(de)(de)，量(liang)(liang)(liang)子(zi)保密(mi)通信原(yuan)理(li)(li)上就是(shi)無(wu)(wu)條件安全(quan)的(de)(de)。

　　量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)隱形(xing)傳(chuan)態(tai)是利用量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)糾纏(chan)，把量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)態(tai)從一(yi)(yi)(yi)個(ge)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)傳(chuan)送到(dao)另外一(yi)(yi)(yi)個(ge)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)，而不用傳(chuan)送信息(xi)(xi)載體本身。做一(yi)(yi)(yi)個(ge)形(xing)象的(de)比喻，上(shang)海有(you)一(yi)(yi)(yi)個(ge)微觀客體，可(ke)以(yi)由幾(ji)千、幾(ji)萬個(ge)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)組成。如果(guo)上(shang)海和北京(jing)之間有(you)很(hen)多(duo)的(de)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)糾纏(chan)起(qi)來了，要把上(shang)海體系的(de)狀態(tai)傳(chuan)到(dao)北京(jing)，可(ke)以(yi)對上(shang)海的(de)客體和糾纏(chan)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)進行一(yi)(yi)(yi)種(zhong)共同的(de)測量(liang)(liang)(liang)；測量(liang)(liang)(liang)完(wan)以(yi)后，可(ke)以(yi)把測量(liang)(liang)(liang)結果(guo)通過無線電(dian)臺發送到(dao)北京(jing)，北京(jing)只要根據這些(xie)結果(guo)對手中粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)進行相應的(de)操作，就可(ke)以(yi)在(zai)北京(jing)把上(shang)海的(de)體系重(zhong)新給制(zhi)備(bei)出(chu)來。對于量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)信息(xi)(xi)研(yan)究(jiu)而言，量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)隱形(xing)傳(chuan)態(tai)可(ke)以(yi)連接量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)信息(xi)(xi)處理單元來構(gou)建量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)網絡，同時也(ye)是實(shi)現遠(yuan)距(ju)離量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)密鑰分發的(de)重(zhong)要環(huan)節。

　　量子計算機(ji)具(ju)有超強計算能力，人類大(da)腦的運行機(ji)制(zhi)可(ke)能和量子計算機(ji)有相通之處

　　記者(zhe)：最近量子計(ji)算機(ji)也(ye)是一個熱門話題，請您介紹一下量子計(ji)算的原理和發(fa)展趨勢。

　　潘(pan)建(jian)偉：經典(dian)計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)的(de)一個(ge)(ge)比(bi)特只能(neng)(neng)處(chu)于(yu)0或(huo)者(zhe)1兩(liang)(liang)種(zhong)(zhong)狀態(tai)之(zhi)一，兩(liang)(liang)個(ge)(ge)比(bi)特就只能(neng)(neng)處(chu)于(yu)00，01，10，11四種(zhong)(zhong)狀態(tai)里的(de)某一個(ge)(ge)。而對于(yu)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)，一個(ge)(ge)量(liang)(liang)子(zi)比(bi)特不僅可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)(yi)處(chu)于(yu)0或(huo)者(zhe)1，還(huan)可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)(yi)同(tong)(tong)時處(chu)于(yu)0和1兩(liang)(liang)種(zhong)(zhong)狀態(tai)的(de)疊(die)加，兩(liang)(liang)個(ge)(ge)量(liang)(liang)子(zi)比(bi)特就可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)(yi)同(tong)(tong)時處(chu)于(yu)四種(zhong)(zhong)狀態(tai)的(de)疊(die)加，這就意(yi)味著量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)原理上(shang)可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)(yi)對四個(ge)(ge)數(shu)(shu)據同(tong)(tong)時進行計(ji)算(suan)(suan)，因此(ci)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)的(de)計(ji)算(suan)(suan)能(neng)(neng)力隨著量(liang)(liang)子(zi)比(bi)特數(shu)(shu)目呈指數(shu)(shu)增長，可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)(yi)為人工智能(neng)(neng)、密碼分析、氣象(xiang)預報、藥物設計(ji)等所需的(de)大(da)規模計(ji)算(suan)(suan)難題提供(gong)解決方(fang)案。比(bi)如(ru)說，有的(de)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)(yi)快(kuai)(kuai)速(su)分解大(da)數(shu)(shu)，而分解大(da)數(shu)(shu)的(de)計(ji)算(suan)(suan)復雜度(du)是目前(qian)廣泛使用的(de)公(gong)鑰加密算(suan)(suan)法安(an)全性(xing)的(de)基礎(chu)，如(ru)果量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)研制出來，傳(chuan)統信(xin)息安(an)全體系將受到(dao)很大(da)威脅；量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)還(huan)可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)(yi)快(kuai)(kuai)速(su)求解線性(xing)方(fang)程組，在人工智能(neng)(neng)、大(da)數(shu)(shu)據等領(ling)域將會有非常廣泛的(de)用途。

　　量(liang)子計算的(de)發展有三個(ge)階(jie)(jie)段：第一(yi)階(jie)(jie)段，針對(dui)某一(yi)些(xie)特殊(shu)問題，要造出一(yi)臺機器來，可(ke)以比(bi)目(mu)前(qian)最(zui)快(kuai)(kuai)的(de)超(chao)級計算機要算得快(kuai)(kuai)，這被學術界稱為“量(liang)子優越性”。達(da)到這一(yi)目(mu)標需要能夠相干操(cao)縱(zong)大概50個(ge)量(liang)子比(bi)特。

　　第二階段(duan)，我(wo)們希(xi)望能夠操縱數(shu)百個(ge)量子比特，可以實現專用的(de)(de)量子模擬機(ji)，對有(you)些復雜物(wu)理(li)體(ti)系的(de)(de)機(ji)制，比如高溫超(chao)導等，目前的(de)(de)超(chao)級計算(suan)機(ji)算(suan)不了的(de)(de)問題(ti)，我(wo)們能夠來(lai)算(suan)，來(lai)解(jie)決實實在(zai)在(zai)的(de)(de)問題(ti)。

　　第三(san)階(jie)段，實(shi)現(xian)(xian)可編程(cheng)(cheng)的通用(yong)量子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機，就(jiu)像我(wo)們現(xian)(xian)在(zai)(zai)用(yong)的計(ji)算(suan)(suan)機一樣可以(yi)計(ji)算(suan)(suan)很多問題(ti)。達到(dao)這一目(mu)標的關(guan)鍵是(shi)量子(zi)(zi)糾錯(cuo)。目(mu)前到(dao)底(di)在(zai)(zai)哪(na)個物理(li)系統實(shi)現(xian)(xian)還沒有定(ding)論，所以(yi)需要(yao)各種體系，光、超導(dao)、超冷原子(zi)(zi)、離子(zi)(zi)、固(gu)態、拓(tuo)撲態等(deng)等(deng)，來(lai)開(kai)展相關(guan)工作。實(shi)現(xian)(xian)可編程(cheng)(cheng)的通用(yong)量子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機還需要(yao)20年甚至更長(chang)的時間(jian)。

　　我(wo)(wo)們在量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)研究主要集中在三個(ge)方向：第一(yi)，光(guang)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)，我(wo)(wo)們已經(jing)做(zuo)到了(le)相當于48個(ge)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)比特的(de)(de)(de)結果，今年有望實現50或(huo)者60個(ge)光(guang)子(zi)的(de)(de)(de)相干操縱，也能(neng)夠(gou)達(da)到量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)優越性(xing)(xing)。我(wo)(wo)們的(de)(de)(de)技術(shu)途徑跟谷歌不一(yi)樣，谷歌是(shi)用隨機線路采樣，我(wo)(wo)們是(shi)用玻色(se)取樣。玻色(se)取樣的(de)(de)(de)優越性(xing)(xing)有嚴格(ge)證明，我(wo)(wo)們的(de)(de)(de)系統按照目(mu)前最優的(de)(de)(de)算(suan)(suan)(suan)法估計(ji)(ji)(ji)，可以比頂點計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機快百(bai)萬億倍左右。第二，在超(chao)導(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方面(mian)，最近我(wo)(wo)們已經(jing)達(da)到了(le)24個(ge)超(chao)導(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)比特，希望在今年年底，我(wo)(wo)們能(neng)夠(gou)做(zuo)到60個(ge)左右量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)比特的(de)(de)(de)相干操縱，也能(neng)夠(gou)達(da)到量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)優越性(xing)(xing)。第三，我(wo)(wo)們還是(shi)希望能(neng)夠(gou)像費曼所說的(de)(de)(de)，來真正解(jie)決一(yi)些(xie)物理、化學、材料等領域很重要的(de)(de)(de)、經(jing)典計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機解(jie)決不了(le)的(de)(de)(de)問題(ti)，大概需(xu)要操縱幾(ji)百(bai)個(ge)粒子(zi)系統，目(mu)前我(wo)(wo)們在超(chao)冷原(yuan)子(zi)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)模擬方面(mian)已經(jing)有比較好的(de)(de)(de)進展了(le)。

　　長(chang)遠(yuan)來看，量(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)可能(neng)在人工智(zhi)能(neng)方面有(you)很重要的(de)(de)(de)應用(yong)。這是(shi)(shi)由(you)于，經典(dian)計(ji)算(suan)(suan)機(ji)終究是(shi)(shi)決定論(lun)的(de)(de)(de)，經典(dian)的(de)(de)(de)人工智(zhi)能(neng)不(bu)管發展到(dao)什(shen)么程度，我(wo)們(men)仍然覺得這是(shi)(shi)一(yi)(yi)部機(ji)器，是(shi)(shi)一(yi)(yi)個(ge)機(ji)器人，它不(bu)可能(neng)完全像人類(lei)大腦(nao)一(yi)(yi)樣去思考。而量(liang)子(zi)力學第一(yi)(yi)次把觀測者的(de)(de)(de)意識與物質的(de)(de)(de)演化結合起來，有(you)的(de)(de)(de)科學家因此猜測，人類(lei)大腦(nao)的(de)(de)(de)運行(xing)機(ji)制(zhi)可能(neng)和量(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機(ji)有(you)一(yi)(yi)些相通之處。隨著量(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)發展，也(ye)許可以幫助我(wo)們(men)更好地(di)理解人類(lei)的(de)(de)(de)智(zhi)慧。