量子计算正被视为第四次工业革命的引擎

其独特的并行计算能力

有着攻克传统计算机无解难题的巨大潜力

量子究竟有多厉害？

我国的量子技术发展如何？

不久前

本源量子科学顾问

中国科学院院士

中国量子光学和量子信息的开创者和奠基人

郭光灿教授

做客《大咖薇聊》

详解中国量子研究的“那些事”

以下为部分采访实录

您是否可以跟我们科普一下什么是量子？

郭光灿：量子确实是非常抽象的，你看不见摸不着，可是大家都在说。那么量子是什么？最早怎么会提出个量子？

这要说到19世纪末期，经典物理它已经非常成熟了，包括力学、热力学、统计物理、电动力学，理论都非常成熟，彼此自洽。当时的物理学家认为经典物理的大厦已经建成了，物理学的发展不会再有什么新的突破。可是当时有两朵乌云笼罩在物理学晴朗的天空，这两朵乌云的现象用经典物理学解释不了，其中有一朵乌云就叫做黑体辐射。

黑体辐射是什么呢？一个黑体，它总要不断向外辐射能量，就会有一个辐射谱，这个谱跟温度有关系。德国人做了一系列的实验研究，得出了一系列曲线，叫黑体辐射谱。黑体辐射谱为什么呈现的是这种曲线，世界上最牛的物理学家一一试图解释，却都无法解释清楚，没有一个理论的预言跟实验曲线完全吻合，这个就叫做一朵乌云。

(黑体辐射谱，来源网络)

另一朵乌云是关于光速不变的一个实验，也是经典物理学解释不了，它导致了相对论的产生。所以对这两朵乌云的研究，给我们带来了近代的物理学两个台柱，一个叫相对论，一个叫量子力学。

我们的故事继续下去，德国有一个物理学家叫普朗克，他发现假定辐射的能量不是连续的，是一个一个的变化，存在一种最小的单元，那么基于这个假定就可以推导出一个公式，这个公式可以很好地与实验结果吻合。这个能量的最小单元就叫量子。后来有一个物理学家独具慧眼，看清了这个问题，这个人就是爱因斯坦。那么什么是量子？遵从量子规律的所有粒子或者系统，我们统统叫量子。物理学的发展让我们人类对量子的概念有了一个更深的内涵的认识。

(爱因斯坦与普朗克，来源网络)

我们国家现在量子研究的现状是什么样？

郭光灿：我们国内这20多年来，自2001年我申请到第一个科技部973项目以后，国家投入持续增长，而且研究队伍也不断壮大。

我们现在的状况是什么？整个大领域有很多方面，(比如)量子计算、量子密码、量子保密通信、量子传感等等。在量子纠缠这块我们可能还先进一点，但是量子计算我们还是落后的。总的来看，我们的实力是让国际上很关注的。从量子光学落后20年，现在不但赶上了，在新的领域里，我们已经达到了国际上第一梯队(的水平)了。

中国在量子未来的应用方面是什么样的情况？

郭光灿：现在的应用还不算太多，接近应用的应该是量子保密通信，但还没有办法大规模的应用。现在很多媒体、很多商家都在宣传，所有的量子产品，什么量子水、量子眼镜这都是假的，是商业炒作。还没有一样量子器件老百姓可以用，没有走进千家万户。

我们现在离量子计算机还有多远呢？

郭光灿：量子计算的发展大概有三步，第一步把量子计算器做出来，这个计算器量子比特数比较少，应用范围也小，但它确实是地地道道的量子，确实是一个量子处理器。

第二步把它提高到100个量子比特，就能实现量子霸权——量子霸权就是它的运算速度、能力，所有电子计算机超算中心都赶不上，它是世界上速度最快的处理器。

最后能力再往上提，那就到了通用量子计算机，通用量子计算机解决的难度更大，15年以后它才有可能(普及)。

量子计算机技术在哪个领域是最先可以落地的？

郭光灿：最先哪个落地我不敢说，但是最重要的是人工智能！人工智能是现在追求的智能制造里最重要的一个方面，人工智能在处理很多问题上，会受到处理器的速度影响。

比如很多人告诉我，现在提取信息量的这种流量已经够丰富够快了，4G到5G传输的速度很快了，但是到了终端，要把信息提出来，速度还是慢的。就像高速公路的出口给堵住了，尽管高速路很快，但出口出不去，整个速度仍然是变慢了。所以量子人工智能会打开人工智能的瓶颈，让人工智能效益发挥到最大。

未来的量子器件成本会不会很高？

郭光灿：现在我们还不想这个问题。你先给我做出来，一旦做出来以后，当商品竞争的时候，自然要把成本降下来。所以只有知道原理，按这个(方式)来(批量生产)量子计算机是最合适的，于是材料、比特、操控系统各方面都要降价。现在是还没有到那个阶段，现在是基础研究阶段。