潘建伟专访：2035年中国有望造出容错通用量子计算机

近日，未来科学大奖十周年庆典在上海举行，其间，中国科学院院士、中国科学技术大学教授、2017年未来科学大奖物质科学奖获得者潘建伟接受深圳卫视科创最前沿记者采访，以量子力学百年（1925-2025）为起点深入解读了量子技术产业发展现状与未来路径。

 

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未来20年量子科技将如何重塑生活？

——从500万量子保密手机用户到"亿年不差1秒"的光钟

深圳卫视科创最前沿：今年我们在量子科技方面有哪些最新进展？

潘建伟：其实今年非常有意思，正好是现代量子理论建立100周年。1925年的六月份，海森堡在德国的一个小岛上建立了矩阵力学，用他那个方程能够很好的来求解，来分析氢原子的光谱，这意味着量子力学的诞生。它诞生之后，很快就推动了现代信息技术的发展。可以说没有量子力学建立，就不会有今天的计算机，不会有我们今天的互联网，也不会有我们今天的卫星导航。所以其实量子力学建立之后，在过去100年当中，已经为以信息技术为代表的第三次产业变革，做出了巨大的贡献了。我们把它叫第一次量子革命。

随着目前科学家们能力的增长，能够将一个个原子、一个个分子、一个个光子进行主动的精确的操控之后，目前一个新的学科，我们现在把它叫做量子信息科学，正在蓬勃发展。我想在未来的20年里面，跟人工智能结合在一起之后，会催生一次新的产业变革。那么这个新兴的量子信息是有什么用呢？它可以在信息的安全传输上、计算能力的提升上，以及在精确的感知能力上，起到巨大的推动作用。

深圳卫视科创最前沿：您提到，未来20年量子科技会有一个比较大的发展，能否举一个具体的案例？

潘建伟：第一个应用就是利用量子纠缠的精确关联，我们可以在遥远的地点之间产生一种原理上不可破解的量子密码。利用这样一种量子密码，我们就可以实现信息论可证的，也就是有最高级别安全性的信息传输。据我的了解，中国电信在前期的应用基础之上，已经有500万左右的量子保密手机的用户了。所以从这个角度上讲，我想在未来20年里面，可能大家都会用上这样能够得到量子密码保障的信息安全。

第二个应用，目前我们中国科学家和国际科学家一起，正在构建一个远距离的时间分发网络。目前导航系统如GPS和北斗依赖的传统原子钟的精度大概是每100万年误差1秒。新的量子技术用上之后，我们就可以造出一种每100亿年甚至更长的时间里面误差只有1秒的光钟，能够大幅度提高时间计量和导航的精度。

当然20年时间里，如果我们能够把通用量子计算机造出来的话，它就可以提供一种非常强大的计算能力。这还需要一点时间，但也是最激动人心的。我觉得量子计算机可以来满足目前人工智能对算力的极大需求，所以从这种角度看，量子计算机可以为我们的算力需求提供一种革命性的解决方案。

量子计算机的"致命挑战"与突破时间表：

2035年能否造出容错通用机？

深圳卫视科创最前沿：量子计算机目前面临的主要的挑战是什么？

潘建伟：传统计算机的每次操作错误率是非常低的，即便长时间运行，计算结果仍可信。但量子计算机目前面临的挑战在于它的单次操作错误率比较大。如果计算时间较短，结果或许是可信的，一旦延长计算时间，错误不断累积，最终结果与预期值偏差会显著增大，导致计算结果不可信。

为了解决量子计算的关键瓶颈问题（即长时间计算的精度保障），我们需要一种称为量子纠错的技术手段。量子纠错的工作原理可以类比火柴棍的稳定性：

若单根火柴棍立于地面，短暂站立后便会倾倒；

若将三根火柴棍 捆绑在一起，则可维持更久不倒塌；

若将大量火柴棍紧密组合，便能形成一种对周围振动高度鲁棒（robust）的结构。

类似地，量子纠错通过集成大量量子比特（类似于捆扎多根火柴棍），构建出对环境干扰（如噪声、振动）具备强鲁棒性的机制，从而确保计算过程长期稳定且结果精确。

量子纠错目前已经有可喜的进展了。我们希望通过5到10年的时间，能够把量子计算的纠错问题解决。也许到2035年或2040年，我们就可以把容错的通用量子计算机构建出来。

优秀科研团队的"成事密码"：

选对赛道、跨学科协作、踩准时机

深圳卫视科创最前沿：您认为一个优秀的科研团队具备哪些特质？然后您是如何培养和激励团队成员的？

潘建伟：我觉得其实聪明的人都很多，所以我是非常认可杨振宁先生的一个判断。

对于年轻人来说，要选择一个在蓬勃发展的领域。如果自身能力足够，就能较快取得成果。但如果进入夕阳领域，即便能力再强，树上的果子已经很少了，跳得再高也只能摘到1到2个果子；反之，如果选择果树繁茂、新果源源不断的领域，能力足够便能摘到很多果实。因此，首要能力是判断哪个领域正处于蓬勃发展期，这一点至关重要。

其次，我认为在我们这个领域尤为重要的一个原则是多学科交叉。量子信息科技涉及算法研发，因此需要数学与计算机理论人才；同时涉及硬件设计与制造，需精通材料学与微纳加工技术；其最终实现依赖物理机制，因此需深刻理解量子物理原理。由此可见，要解决我们这一领域的重大问题，必须聚集多学科人才。大家联合在一起之后，就能够做一些别人做不了的事情。这种跨学科协作模式，正是量子领域优秀团队的基本素质。

第三点同样重要——在对的时机做对的事。由于领域内存在多种方向选择，有时还需一点运气：若运气好，选中的方向既正确又重要，便能在适当的时机凭能力把握住机遇。

量子领域需要什么样的人才？

——密码学、光通信等跨界者都能发光

深圳卫视科创最前沿：您提到量子科技是未来产业，且正处于新兴发展阶段，前景广阔。那么哪些人才或青年学子适合进入这一领域？

潘建伟：这很难一概而论。我们领域中有密码学背景的成员转向量子算法后表现优异——因为密码破解需极强的数学能力，这类人才在量子计算中同样关键。一位原本不涉足量子信息的同事，转行后成为我们团队核心力量；另一位原来是光通信领域的同事转至量子通信领域，也发挥了重要作用。

因此，量子信息领域真正需要的是多元化背景的人才。

深圳卫视科创最前沿：至今最让您着迷的量子之谜或者是量子现象是什么？

潘建伟：其实我当年最感兴趣的就是量子叠加原理。传统计算中，一个比特只能处于0或1；但在量子世界，量子比特可处于 |0⟩ 和 |1⟩ 的叠加态。如果你有两个比特的话，就会产生纠缠的概念，会形成如∣00⟩+∣11⟩  的纠缠态。

这句话是什么意思呢？这意味着：比如我将两个纠缠的量子比特分离——一个送给你，一个留在我这里——即使我俩相距遥远，当你去观测你手中的比特，结果一旦确定时（如得到0），我手里的量子比特状态也会瞬间坍缩为关联状态（如0）。这种现象称为量子纠缠，爱因斯坦称之为遥远地点间的诡异互动。这是让我最困惑，然后也特别想搞清楚的。

到目前为止，所有的实验都证明了量子纠缠现象确实是存在的。但为什么会有这种现象？我们到目前为止也没办法解释，但我们是利用这种现象来做量子信息处理的。

量子纠缠为什么是让我觉得最神奇的呢？我记得有一次杨振宁先生讲过，他说要理解量子纠缠可能很难了，它是自然界这个造物主来向我们显示他的强大。你可以理解万有引力，理解无线电，但自然界有时就会让你意识到某些现象超出了人类理解的边界。

深圳卫视科创最前沿：人类有可能实现星际穿越吗？

潘建伟：其实我们中国古代就有诸如飞天、嫦娥登月的传说，现在我们登月都是没有问题了。我记得在航天器诞生前，开普勒曾致信伽利略，预言“未来人类将建造飞船实现星际旅行”——这一设想在数百年后成为现实。现有量子物理学原理并没有禁止基于量子纠缠的星际穿越探索，因此我认为在将来的某一天是有可能实现的。例如，当前已实现两个地点之间复杂量子状态的远程传输。但传输人类是否可行？这需要回答一个根本问题：生命现象与非生命系统是否存在本质差异？目前科学尚未定论。正因如此，我对这一问题保持开放的态度。

深圳卫视科创最前沿：您在采访曾提到过，美国为什么一直能占据世界科技发展的中心？那现在您的看法有什么变化吗？    

潘建伟：我觉得没有什么变化。美国的科技金融，是美国在这么多年来保持科技强国地位的一个非常重要的因素。

现在在欧洲，即使是像马斯克这样具有极强创新能力的企业家都难以获得高强度的投入。欧洲以传统实业为核心（如西门子、宝马等），主要依赖稳定现金流而非前瞻性资本投入，这种模式难以支撑高失败风险的颠覆性创新。而SpaceX持续高成本的火箭发射屡次失败且长期未盈利，就很难在欧洲生存下去。

但在美国，你一旦看好某个科技的发展前景后，就可以把未来的收益折现到现在，可以持续地募集到足够的经费去做他想做的，认为是对的事情。

所以我认为中国要想成为科技强国的话，需要既有实体又有科技金融，把这两者很好地结合在一起，这对我们中国未来的科技发展是非常重要的。