四川日報
中共中央政治局一次集體學習，讓量子科技成為關注焦點。
提起「量子」這個詞，你可能並不陌生。但到底什麼才是量子科技？它距離產業化應用還有多遠？將帶來怎樣的產業變革？如今又面臨哪些瓶頸……帶著問題，四川日報全媒體記者近日專訪了國內量子研究的開拓者和領軍科學家之一，中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦。
郭光燦認為，只要找準自身優勢，加大支持力度，四川完全有可能在量子科技研究方面實現快速發展。至於產業化方面如何彎道超車，他也給四川「量身定製」了相關建議。
A
談概念
量子世界是不確定的世界
●量子有很多「奇奇怪怪」的性質，量子科技就是在量子力學理論的指導下，把這些特性開發出來為人類服務
記者：該怎麼理解量子、量子力學、量子科技這幾個概念？
郭光燦：傳統認知中的物質，要麼有粒子性，像飛機飛彈，要麼有波動性，像電磁波和聲波，它們共同構成一個遵從經典物理規律的經典世界。這當然是一個「確定的世界」，像飛彈運動軌跡，我們完全可以計算出來。
但在微觀世界，有些物體會同時具有波動性和粒子性，它們遵循的物理規律和經典世界的完全不同。那它們究竟遵循什麼物理規律？量子力學，就是研究這個問題的一門科學。而量子，就是運動規律遵從量子力學的那些物體，包括光子、電子、原子、夸克等等。
至於量子科技，個人理解是從量子力學中開拓出來的技術，它們都遵從量子力學的理論。而作為人類最成功的理論之一，量子力學的「預言」都在實驗中得到證明，所以量子科技在原理上是沒有問題的。儘管技術上有難度，只要我們堅持去做，就一定能實現突破。
記者：您提到經典世界是「確定的世界」，那量子世界呢？
郭光燦：量子世界是一個不確定的、概率性的世界。這就要說到量子特性，比如不確定性、量子糾纏、量子不可克隆等等。
舉個例子，假設成都到北京有坐飛機和坐火車這兩個選擇。你要到北京來，不管怎樣只會選其中一種，畢竟坐了飛機就不可能坐火車。但在量子世界裡，成都到北京有兩條路，走哪條路？兩條路同時走。這就是量子的不確定性。
記者：兩條路同時走？想像不出來會是什麼樣。
郭光燦：正常。量子有很多「奇奇怪怪」的性質，和我們經典世界完全不一樣。科學家們在做的，就是要嘗試把這些「奇怪」的特性開發出來，為人類服務。
B
談應用
市場上的量子產品是偽科學
●計算機、傳感、密碼、網絡，未來都有可能開發出相關應用，最有可能率先投入應用的是量子密碼。而標誌人類量子時代到來的，則是通用量子計算機的誕生和廣泛應用，這需要多久還不能確定
記者：利用這些特性，量子科技可能會帶來哪些產業化應用？
郭光燦：從目前來看，量子計算機、量子傳感、量子密碼、量子網絡等，未來都有可能開發出相關應用。
像量子傳感，就利用了量子信息容易受外界環境破壞的特性。比如只要電磁場稍有變化，量子態就會發生改變。測量這種改變，就能反推電磁場變化。用這種方法，能大幅提高傳感器的靈敏度、精度和響應速度。
至於量子密碼，可以讓信息傳遞變得更安全。像如今保密通訊都是傳統通訊加密碼，這樣做容易被竊聽。而用量子密碼來加密，就很難被破解和竊聽——只要有人試圖竊聽，就會破壞量子信息，從而讓通信雙方馬上發現並做出應對。
順便說一句，有人誤認為這就是量子通訊，其實它是「量子密碼 傳統通訊」。真正的量子通訊，不是要替代5G、6G，而是利用量子糾纏把不同計算機聯成網絡，從而形成超強的計算能力。這在未來分布式計算領域會有用武之地。
當然還有量子計算機。可以說人類量子時代到來的標誌，就是通用量子計算機的誕生和廣泛應用。
記者：為什麼量子計算機這麼重要？
郭光燦：因為它帶來的影響可能最大。回想一下，當人類有了電子計算機，整個社會經歷了怎樣翻天覆地的變化。同樣作為重大顛覆性技術創新，量子計算機也會推動社會生產力大踏步前進，引領新一輪科技革命和產業變革方向。
一個事實是：從各方面看，量子計算機都會比電子計算機強很多。電子計算機處理數據的方法，是同一時間只處理一個數，依次計算，這叫做串行運算；而量子計算機，可以利用量子不確定性，同一時間處理很多個數，這叫做並行運算。這當然會比電子計算機快很多。
具體快多少？2的N次方倍。N是指量子處理器中量子比特的數目。有10個量子比特，就是快2的10次方倍，呈指數級上升。像去年穀歌在《自然》雜誌上發文稱，其研發的量子處理器只需要200秒，就能完成傳統超級計算機需要1萬年才能完成的計算量。
記者：這些應用的相關技術成熟了嗎？哪些最有可能率先實現產業化？
郭光燦：總體而言，量子相關技術還處在基礎研究階段。通用量子計算機目前還沒有問世，量子密碼、量子傳感、量子通訊技術也都還不夠成熟。
相對成熟的、最有可能率先投入應用的是量子密碼。它目前處於試用階段。出於成本等原因，技術成熟後預計首先會用於國防領域，再慢慢向更大範圍拓展，形成產業。至於通用量子計算機什麼時候誕生、人類什麼時候進入量子時代，這個時間現在還不能確定。
這裡要特別提醒的是，網上一些所謂的量子科技產品——量子按摩儀、量子水等等，都是假的。現在還沒有一個量子科技產品，是能讓廣大群眾去購買的。
C
談痛點
相干時間操控能力是瓶頸
●要儘量延長保持量子特性的時間、要能精準操控量子態，這些都很難在短時間內解決。目前還沒到應用研究階段，更多研究工作可能還是要高校院所來承擔
記者：谷歌團隊此前發布的，還不算是通用量子計算機？
郭光燦：不算。這裡面牽涉到一個概念——相干時間。
量子計算機等各種應用，都是藉助了量子特性。但量子特性非常脆弱，很快就消失了。所以我們就要儘量延長保持量子特性的時間，也就是相干時間。像量子計算機，科學家花了13年把量子相干時間提高了5萬倍，達到100個微秒，這是很大的進步。在量子世界裡，100微秒已經算很長了。谷歌團隊提到的計算，就是在這點時間內完成的。但利用100個微秒就能處理完的問題，畢竟還是有限。
通用量子計算機，就是讓相干時間能保持足夠長，讓需要計算的問題都有足夠時間來完成。這涉及容錯糾錯技術，而這項技術人類現在還做不到。量子時代要到來，如何讓相干時間保持足夠長是一大瓶頸。
記者：除了相干時間，還有什麼瓶頸？
郭光燦：另一個瓶頸是對量子世界的操控能力。人類在經典世界已經有很強的操控能力，通過控制速度等物理量，我們能把火箭送上太空。但在量子世界，操控的就不是物理量，而是量子態——讓量子處於我們需要的狀態。
2012年兩位科學家獲諾貝爾物理學獎，就因為他們使人類第一次真正操控了1個量子比特。現在這個數字已經變成幾十個了，像谷歌團隊發布的量子處理器就操控了54個量子比特。但真正要達到通用量子計算機水平，需要操控百萬量級的量子比特。而且不僅要能操控，還要精準，不能有大的誤差。
兩大瓶頸，不管哪個都很難在短時間內解決。這是需要人類共同解決的難題，我們會一步步去逼近最終的答案。
記者：由誰來解決問題？目前到了企業大規模進場的時候嗎？
郭光燦：目前還沒有到應用研究階段，更多研究工作可能還是要高校院所來承擔，或者是高校院所和企業一起合作。東部和中部也有一些企業在探索，比如本源量子公司不久前上線了國內首個超導量子計算雲平臺，向全球用戶免費提供量子計算服務。
D
談發展
四川可提前布局應用領域
●不是說靠砸錢、靠人海戰術就能搞好量子科技，各地要充分考慮自身條件。四川完全有可能在量子科技研究方面實現快速發展，同時可提前介入軟體、操控系統等應用領域布局
記者：中國量子科技研究目前處在一個什麼水平？四川呢？
郭光燦：目前我國在量子領域的整體研究水平比較先進，和美國、歐盟、日本等差距不大。在量子糾纏，尤其是在保真度、糾纏粒子數、糾纏度等方面處於國際領先水平；量子密碼相關研究整體上和歐美保持同一水平；量子計算機領域可能落後5年左右。總的來說中國處在國際第一梯隊，綜合水平是一流的。
具體到四川，在量子科技研究領域相對弱一些，因為從事相關研究的科學家不算多。但我知道電子科大有年輕科學家團隊在開展相關研究，西南交大也有科學家在做。如果給予更大支持，我認為四川完全有可能在量子科技研究方面實現快速發展。
記者：如果要在研發和應用上實現追趕甚至彎道超車，四川可以從哪兒切入？
郭光燦：推動量子科技發展，中央會有一系列決策部署。至於地方該做什麼不該做什麼，很難給出一個標準答案。我個人不主張各地盲目「一窩蜂」發展量子科技，這只會導致重複和浪費。不是說靠砸錢、靠人海戰術就能搞好量子科技，沒有基礎肯定是不行的。
我認為各地要充分考慮自身特點和條件，實事求是找出可行方向，然後組織最精銳的隊伍去攻堅。
具體到四川。我經常到四川來，上次(今年9月兩院院士四川行)來我就提到，四川電子信息產業和技術都有很好基礎，完全可以提前介入到量子科技相關應用領域布局中來。
像量子計算機領域，將來一定會有三大塊市場：一是機器，二是軟體，三是操控系統。做機器這方面難度比較大，其他地方已經做了比較長時間，有了技術積澱，要迅速趕上是很難的。但軟體和操控系統，都是產業鏈中極其重要的環節，四川也有軟體基礎，這就完全可以做，並且還很有希望能做成。(四川日報記者 熊筱偉)