中科院院士郭光灿：人类正在走向量子霸权阶段

作为中国量子信息领域第一个科技部973项目的首席科学家，郭光灿对“第二次量子革命；量子革命当中最具有代表性、颠覆性的技术——量子计算机；量子信息技术时代何时到来”三个重要问题进行了分享。

中国科学院院士郭光灿作演讲：量子新世界（来源：网易科技）

他谈到，现在用的经典器件性能达到极限以后，能够突破极限，量子计算机、量子电脑、量子传感、通信等性能会远远超越现在相应的工具，这样一来会使现代的技术发展功能达到更强大的水平，“这样人类社会的生产力将会提高到一个新的阶段，我们称之为第二次量子革命”。

“在这个基础里面最重要、最有颠覆性的技术叫量子计算机，量子计算机最早是费曼1981年提出来的。”郭光灿提到量子计算机要做的事和电子计算机是一样的，就是算问题。“我要算一个问题，用算好的量子算法，变成量子编程，然后发出一系列指令控制量子芯片，最后把这个问题算出来。”将来真的量子计算机做出来了，那我们人类只要坐在电脑旁边输入问题，就可以通过量子程序得到经典数。

量子计算机的发展要经历量子原型机、量子霸权和量子通用机三个阶段，目前人类正在走向量子霸权阶段，从霸权到通用机要解决两大问题，第一比特数不是100，可能几万到百万，非常多，这是一个难点；第二相干时间要足够长才能算所有问题，人类还无法做到容错纠错技术。“从量子霸权到通用量子计算机还是要相当长的时间才能做到，即便是霸权出来了，我们还不能说量子计算机做好了，因为还相当远，还没有达到。”

郭光灿认为，量子技术时代到来面临两大困难：一是人造宏观系统非常脆弱，想保证相干时间不被破坏，这是个难点；二是人类对量子世界的操控能力不够成熟。研究是一个艰难的过程，不是一朝一夕可以做到的。

附：以下为中国科学院院士、著名量子信息学家郭光灿演讲内容，根据速记整理。

很高兴能够在网易论坛上做一个演讲，我演讲的题目是“量子信息技术时代何时到来”。这是大家很关注的一个问题，因为现在关于量子大家听得非常多，对这个问题也很期待，所以我今天想讲三个问题：第一个，什么是第二次量子革命？第二个，量子革命当中最具有代表性的、颠覆性的技术——量子计算机，也就是刚刚主持人说的“量子霸权”有关的一个器件，介绍它是不是量子霸权，什么是量子霸权；最后一个是量子信息技术时代什么时候能够到来。

首先讲第一个问题，什么是第二次量子革命？我们是一个宏观世界，我们叫经典世界，在我们的世界里，学物理的都知道我们研究的对象有两类，要么粒子，要么波，而粒子和波遵从的物理定律叫经典物理，这是在19世纪末。但是20世纪初物理学家发现自然界还存有另外的粒子，这个粒子同时具有波动性和粒子性，叫量子力学。量子力学诞生了一百多年来之前所预言的所有都是对的，所以量子力学是人类至今最成功的理论。这个理论不仅是成功，而且为人类的社会已经作出重大贡献，电脑、激光等等都是有量子力学的原理才能诞生的。但是这个诞生以后的器件本身是遵从经典物理的定律，我们叫经典器件，或者经典技术，所以我们现在的信息时代是经典信息时代。

量子世界既然有一种不同于经典世界的性质，我们能不能把它开发出来用于我们人类社会中来？这就是物理学家这二十多年努力的一个目标，发现量子性可以开发出一系列的工具，比如说量子计算机、量子传感，这些都是从量子力学的基本原理推导出来的，它们肯定是对的。但是这些器件和我们现在用的电脑、激光、互联网不同，他们遵从的物理定律是量子力学，所以我们称为量子器件或者量子技术。

那么这种器件它有什么优点？当我们现在用的经典器件性能达到极限以后，能够突破极限的就是量子技术，所以量子计算机和量子电脑、量子传感、通信等性能会远远超越现在相应的工具，这样一来会使现代的技术发展功能达到更强大的水平。所以如果真的到来了，那人类社会的生产力将会提高到一个新的阶段，我们称之为第二次量子革命。

第二次量子革命的意义，就是把量子信息的技术开发成人类有用的新一代技术，这一类技术叫量子信息技术，它是人类新一代未来的技术，现在还做不到，这就是第二次量子革命。在这个基础里面最重要、最有颠覆性的技术叫量子计算机，量子计算机最早提出是费曼1981年提出来。我们怎么来了解这个规律呢？我们用电脑模拟，电子计算机的电脑不能模拟量子力学运行规律，所以费曼第一次报告里面说我们可以使用那些本身就满足量力学的基本元件来构造一个计算机，这个计算机就可以很容易的模拟量力学的演化，这个计算机就是量子计算机，所以量子计算机的概念是从这里来的。

一旦量子计算机做出来了，它会超越现在的计算机，比如说Shor提出如果要解决一个数学问题，它的功能要远远超过电子计算机，比如这个数是129位，分成两个数，数数相乘很难分，1994年曾经做过并行处理把这个数算出来了。如果这个做出来了，一秒钟就可以做出来，如果把这个数拉长成500位，经典计算是用同样的能力，花的时间比整个宇宙的时间还要长，而量子计算机只要几分钟就够了，所以量子计算机运算能力远远超过我们现在广泛使用的电子计算机。

什么是量子计算机呢？怎么有这么大的威力？所谓量子计算机它要做的事跟电子计算机是一样的，就是算问题，我要算一个问题，我就用算好的量子算化，变成量子编程，然后发出一系列的指令控制量子芯片，最后把这个问题算出来，所以它要完成的任务跟电子计算机一样，比如说将来量子计算机真的做出来了，那我们人类只要坐在电脑旁边，我们从电脑里输入我的问题，输入我的处理数据，然后这个问题就会连到量子计算机里面，量子计算机这个软件就会把它变成量子程序，通过量子计算机一个操控系统就把这个运用到控制量子芯片，这个量子芯片再按这个系统做，做完把数据提出来，然后又回到我们的电子计算机，所以人类只要把电子计算机一开，你输入经典数，最后就得到经典数，这个构成完全跟电子计算机一样，不同的是中间处理数据的办法是用量子的办法。

（编辑：济源站长网）

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