对话潘建伟院士：新兴的量子信息科学正在蓬勃发展

搜狐科技《思想大爆炸-对话科学家》栏目第125期，对话中国科学院院士潘建伟。

嘉宾简介

潘建伟，中国科学技术大学常务副校长、教授，2017未来科学大奖-物质科学奖获得者，主要从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方向研究。

划重点

1.未来，新兴量子技术可在信息安全传输、提升计算能力和精确感知物理世界方面发挥巨大作用。

2.量子力学跟人工智能结合在一起后，很可能会催生一次新的产业变革。

3.量子计算机进一步发展的前提是“量子纠错”技术。

出品 |搜狐科技

作者 |常博硕 周锦童

编辑｜杨锦

“在我看来，目前的量子物理学并没有禁止我们可以做利用量子纠缠所进行的星际穿越。”

近日，在未来科学大奖10周年庆典期间，面对搜狐科技对于人类是否能实现星际穿越的疑问，中国科学院院士、物理学家潘建伟直言，“虽然我们现在能利用量子隐形传态量子系统的复杂状态传到很遥远的地方，但能否传输人，我们还不确定，这需要我们理解生命现象和非生命现象之间存在的本质区别。”

1925年前后，玻恩、海森堡、狄拉克、泡利等人创立了矩阵力学，标志着现代量子理论的建立。到2025年，量子力学已诞生100周年，今年也被联合国设立为“量子科学与技术国际年”。

谈及量子力学的发展，潘建伟直言：“过去100年中，量子力学已经为我们的产业变革做出了巨大的贡献。可以说没有量子力学，就不会有今天的计算机、互联网，也不会有今天的导航系统。”

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在他看来，目前量子信息科学作为一个新的学科正在蓬勃发展。“我想在未来的20年里，量子力学跟人工智能结合在一起后，会催生一次新的产业变革。”

他进一步解释道：“比如利用量子纠缠的精确关联，人类就可以在两个距离遥远的地点之间产生一种原理上不可破解的量子密码，利用量子密码，我们就可以实现最高安全级别的信息传输。”

在物理学领域，至今仍然很多未解之谜牵动着研究者们的心。对于潘建伟而言，最令他着迷的莫过于量子纠缠。“到目前为止，所有的实验都证明了这个现象确实是存在的，但为什么会有这种现象到现在也没办法解释。”

杨振宁曾说：“如果你问我世界上有没有人形的上帝，我认为没有。但如果你问我有没有一个造物者，我想是有的，因为整个世界的结构不是偶然的。”也许，正是因为这些精妙的未解之谜，吸引着无数物理学家对世界不停地探索。

最后，谈及为什么会选择量子物理作为终身的事业，潘建伟表示：“兴趣是耐心的源泉。我当初选择这个行业的时候没有去想它会不会蓬勃发展，只是觉得这是我自己感兴趣去做的。”

以下为对话实录（经整理编辑）

媒体：能否用通俗的语言解读一下现在量子科技的进展和现状？

潘建伟：今年正好是现代量子理论建立100周年。量子力学诞生后，推动了现代信息技术的快速发展，没有量子力学就不会有今天的计算机、互联网和导航。现在，随着我们能精确操控单个原子、分子、光子，一个新的学科——量子信息科学正蓬勃发展。我认为在未来20年，它与人工智能结合，可能催生一次新的产业变革。新兴的量子技术可以在信息安全传输、强大计算能力和精确感知物理世界方面发挥巨大作用。

媒体：能否举一个具体的案例，说明量子科技未来20年如何影响老百姓的生活？

潘建伟：例如，利用量子纠缠的精确关联，我们可以实现原理上不可破解的量子密码通信。据我了解，中国电信已有约500万量子保密手机用户。未来20年，大家都有望使用这种由量子密码保障的信息安全手段。

第二个应用是构建远距离的“时频分发网络”。目前GPS和北斗原子钟的精度是千万年误差一秒。未来，新的量子技术能实现百亿年甚至更长时间误差不到一秒的时频技术，大幅提高时间和计量导航的精度。

当然，最令人激动的是，如果在20年左右的时间里能造出通用量子计算机，它将提供非常强大的计算能力，可以解决目前人工智能中对算力有极大需求的问题，提供革命性解决方案。

媒体：目前量子计算机面临的主要挑战是什么？

潘建伟：量子计算机面临的主要挑战是单次操作的错误率比较大。这导致计算时间一长，结果就不再可信。为了解决这个问题，关键在于发展“量子纠错”技术。

量子纠错可以这样类比，如果直接把一根火柴垂直放在地面上，它一会就倒下来，如果我有三根火柴同时放在地面上，它就能站很久。如果有很多火柴棍叠加在一起的话，就会形成一个对周围的振动有较强抵抗能力的体系。我们会用很多量子比特，就像很多火柴棍垒起来一样，哪怕周围有噪声或各种影响，也不会算错的这种机制，我们把它叫做量子纠错。

我们希望通过5到10年的时间解决量子计算中的纠错问题，也许到2035年或2040年，就能构建出通用的量子计算机。

媒体：您是如何培养和激励一个优秀的科研团队的？

潘建伟：我非常认可杨振宁先生的判断：年轻人要选择一个正在蓬勃发展的领域，并且自己能力足够，就能较快取得成果。其次，在量子信息科技领域，它涉及算法、硬件、物理机制等多方面，一个优秀的团队需要将做数学、计算机理论、材料、以及对物理机制有深刻理解的各种能干的人聚集在一起，才能取得重大进展。例如，陆朝阳团队做光量子计算研究，但大团队里还有做算法和电子学的，大家联合就能做别人做不了的事。第三，在对的时间做对的事情，再加上一点运气。

媒体：您觉得哪些人才或青年学子适合从事量子力学领域？

潘建伟： 很难一概而论，我们领域需要各种各样的人才。例如，搞密码学的人数学能力强，转过来也能在量子算法中发挥很大作用，搞光通信的人对量子通信也很有用。甚至像提出了Grover算法的学者Lov Grover，他完全没有学过量子力学，但他从计算机理论的角度理解量子，也能做出突破性贡献。所以，我们领域需要数学、计算科学、物理学、量子电子学等多种学科背景的人才，甚至与人工智能的合作，也能帮助我们解决复杂原子体系的排列问题。

媒体：至今最让您着迷的量子之谜或量子现象是什么？

潘建伟：我当年最感兴趣的就是量子叠加原理和由此产生的量子纠缠概念。一个量子比特可以同时处于0和1的叠加态，当两个量子比特纠缠在一起后，无论相距多远，当一个的测量结果确定时，另一个的结果也会立即确定。爱因斯坦称之为“遥远地点之间的诡异互动”。我们到目前为止也没办法解释这种现象为何存在，但我们可以利用它来做量子信息处理。

杨振宁先生曾说，量子纠缠是自然界造物主向我们显示其强大之所在，它让我们认识到人类认知的局限性。对我来说，量子纠缠是最让我感到惊奇的现象，至今也未完全搞明白。

媒体：人类有可能实现星际穿越吗？

潘建伟：在几百年前，人们幻想飞天、登上月球，如今已经成为了现实。目前的量子物理学并没有禁止我们利用量子纠缠进行星际穿越，我认为在将来的某一天应该是有可能的。虽然我们现在能利用量子隐形传态将复杂的量子状态传到很遥远的地方，但能否传输人，我们还不确定，因为这需要我们理解生命现象和非生命现象之间是否存在本质区别。

媒体：您在90年代选择量子领域很有预见性，您当时是如何选对这个行当的？

潘建伟：我认为最重要的是跟着自己的兴趣走。当你带着好奇心，坚持做自己感兴趣的事情时，总能对物质世界的理解提供自己的见解。一旦这种见解真正成为知识，就会推动整个领域的发展。兴趣是你无穷耐心的源泉。