中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽團隊研制的新一代光量子計算原型機“九章四號”5月13日在《自然》雜志發表。研究團隊估算 ， 若用目前全球最快的超級計算機El Capitan模擬其在25微秒內的輸出，需耗時逾1042年，超出當前估算宇宙年齡32個數量級。

從愛因斯坦對量子糾纏的“幽靈”之問，到“九章”“祖沖之號”等量子計算原型機接連刷新世界紀錄，量子科技正實現從理論猜想走向工程應用的歷史性跨越。作為新一輪科技革命與產業變革的戰略制高點，量子領域的基礎突破與技術創新，正全面重塑計算、通信、感知與智能的邊界，引領數字文明加速邁向量子時代。

今日，中國科協之聲與您共同走進國家科技傳播中心學術發展講堂，聽聽量子物理學家陸朝陽如何洞見量子技術的未來→

人物簡介

陸朝陽，量子物理學家，中國科學技術大學講席教授、世界青年科學家聯合會理事長。長期致力于面向實用化的量子信息技術研究。

從第一次量子革命到第二次量子革命

量子力學誕生已有百余年，推動了兩次重要的技術變革。第一次量子革命催生了晶體管、激光、互聯網、核磁共振、LED等關鍵技術，深度融入現代生產生活。一部普通手機便集成了CCD、鋰電池、巨磁阻、石墨烯、晶體管等多項諾獎級量子相關成果，改變了人類的生活與技術應用形態。1947年貝爾實驗室誕生的初代晶體管，歷經數十年進步，成為如今手機中數十到數百億個核心器件，這正是第一次量子革命的標志性成果。

手機中包含的諾貝爾獎

如今，量子計算成為第二次量子革命的核心組成部分，不僅是國家戰略重點布局領域，更成為全球科技博弈的焦點。歐洲、美國從國家層面到谷歌、IBM、微軟、英特爾、英偉達等全球知名科技公司，均加大了量子計算研發投入。近年來，我國在量子科技領域的快速突破，更是引起全球關注。

量子世界的底層邏輯：

顛覆經典認知的科學規律

量子的概念指的是物質與能量離散化的基本單元，光的最小量子單元是光子，一個40瓦燈泡每秒可釋放萬億億個光子；組成人體與萬物的原子、分子，尺寸比納米還要小10至100倍，微觀尺度下的量子世界，遵循著與宏觀世界截然不同的規律。

經典世界的運動規律演示

量子相干疊加原理是量子計算的理論基礎。單電子雙縫干涉實驗直觀證明：無觀測時，單個電子可同時通過兩條狹縫，實現“自己與自己干涉”，呈現多條干涉條紋；量子比特可同時處于0和1的疊加態，如同孫悟空的分身術，打破經典計算機“非0即1”的信息邏輯。經典計算機需逐個計算，量子寄存器可同時存儲所有狀態并一次性完成計算，再通過特定的算法設計實現量子干涉讀出結果。

量子比特的相干疊加態演示

量子測量中的塌縮效應表明：觀測行為本身會影響量子態。不觀測時，粒子處于“同時通過兩條縫”的疊加態，呈現干涉條紋；一旦觀測，粒子被迫“選擇”其中一條路徑，塌縮為經典結果，干涉條紋隨之消失。

愛因斯坦不愿相信這是量子世界的本質規律，于是試圖設計一個“最小干擾”的思想實驗——用一個極其靈敏的彈簧吊著狹縫，想在不干擾粒子的情況下檢測它從哪條路徑過去。中國科學技術大學去年的實驗成功地用一個單原子檢測到了一個光子的微小動量變化，即8×10-28千克·米/秒，在量子極限層面驗證了玻爾的互補性原理。

單原子實現反沖狹縫思想實驗終結愛因斯坦與玻爾世紀之辯

1935年，薛定諤提出“薛定諤的貓”思想實驗，將量子疊加拓展至宏觀物體，進一步引發學界思考，并和愛因斯坦等人獨立催生出量子糾纏這一關鍵概念：兩個糾纏粒子無論相距多遠，都存在超時空關聯。

量子糾纏演示

我國物理學家吳健雄率先在實驗中實現量子糾纏。基于量子糾纏的量子隱形傳態，可實現量子態的遠距離傳輸，中國科學技術大學科學家實現的多自由度量子隱形傳態，曾入選《Physics World》全球物理學年度突破，為量子計算與量子通信奠定了技術基礎。

“九章”系列突破：

中國光量子計算的跨越

物理學家費曼早在1959年和1981年便提出構想：在量子層面構建新型計算裝置。2015年前后，摩爾定律放緩，晶體管尺寸逼近量子尺度，經典算力遭遇瓶頸——費曼的構想由此成為量子計算探索之路的起點。

70年來晶體管尺寸變化和發展

谷歌耗資10億美元研發了53比特超導量子計算芯片“懸鈴木”，宣稱200秒可完成超算一萬年的工作量，但中國科學技術大學和上海人工智能實驗室的經典算法已將該任務耗時壓縮至17秒，并且能耗低15倍，打破了其量子優越性宣稱。

在此背景下，我國的自主光量子計算路線攻克了量子光源、量子線路、單光子探測三大核心難題。我國團隊突破高質量高效率單光子源、高精度鎖相、多光子干涉等關鍵技術，集齊量子計算核心技術“龍珠”，接連實現重大突破：2020年底“九章一號”實現76個光子操控；半年后“九章二號”突破100個光子；2023年“九章三號”達到255個光子；目前“九章四號”已完成3000多光子實驗，25微秒即可解決超算需要1042年才能完成的高斯玻色取樣任務。“九章”系列成果十余次入選聯合國教科文組織、美國物理學會、德國Falling Walls等機構年度十大進展，處于國際領先水平，引發美國、加拿大、德國等科學家跟進研究。

陸朝陽講解光量子信息領域發展

同時，我國在中性原子量子計算領域也取得關鍵進展：兩比特門保真度達到99.8%的國際水平，實現2000多個物理比特的規模化操控，為通用量子計算積累了技術基礎。

量子計算的戰略價值：

Q-day（量子日）與密碼安全

量子計算最核心的戰略價值，在于對全球密碼體系的顛覆性影響。陸朝陽表示，一旦大規模容錯量子計算機問世，現有公鑰RSA（公鑰加密算法）和橢圓加密算法將被徹底破解，直接動搖金融、政府通信、區塊鏈甚至部分軍事網絡的安全根基。目前，多國情報機構已開始“先存儲密文、后量子破解”，提前攔截存儲數據，等待量子技術成熟后解密。

根據對全球50多位量子計算專家調查顯示，約十年后出現可破解RSA（公鑰加密算法）的量子計算機的概率約為50%，相關預測時間不斷提前。破解所需物理比特資源不斷縮減：從最初的10億個逐步減少，最新研究甚至提出僅需1萬個。我個人預測，破解橢圓加密算法約需7年，破解RSA算法約需10年。

當前量子計算發展的核心挑戰不在比特數量，而在比特質量。即便兩比特門保真度達到99.8%，經過多比特、多層邏輯門運算后，量子態保真度會出現指數級衰減。谷歌等團隊已通過量子糾錯實現了指數級錯誤率壓制，我國在中性原子量子糾錯、高保真度比特操控上也取得了突破，逐步向容錯通用量子計算穩步邁進。

產業發展需保持理性，堅守核心方向

當前量子計算基礎研究快速發展，然而市場上出現了量子速讀、量子水、量子鞋墊等偽量子概念產品，部分量子計算初創企業在量子應用方面夸大宣傳，宣稱量子產品已可應用于人工智能、金融、醫療等領域，這些宣稱目前還沒有嚴謹的學術證明。目前，量子計算仍處于專用化發展初期，僅能解決特定數學問題，過度炒作與資本盲目入局會導致產業泡沫化，破壞健康生態。

量子計算發展趨勢

量子計算發展的核心戰略價值，一是保障國家密碼安全，應對量子破解帶來的安全挑戰；二是開展強關聯多體物理系統的量子模擬，服務基礎科研與產業升級。產業界應聚焦核心技術攻關，構建基礎研究、技術攻關、成果轉化的良性生態，摒棄短期功利主義和虛假宣傳。

人工智能賦能量子科技已成為重要方向。中國科學技術大學和上海人工智能實驗室首次利用AI實現了中性原子量子計算的常數時間重排，無論比特數量多少，重排時間都保持恒定，該成果入選國際物理學年度進展，為量子計算規模化發展提供全新技術路徑。

青年人才是量子科技發展的核心支撐

我在大學時也很迷茫，嘗試了各種各樣的專業，后來聽了潘建偉教授的科普報告，其展示的量子物理發展前景，滿足了我對科學研究所有的幻想，才選擇了這個學科。科學研究我們經常說要頂天立地，像量子物理，可以拓展人類對物理學、對大自然認知的邊界，所以它是頂天；同時，我們可以看到量子計算又有很多實際的落地應用，所以就是立地。

中國擁有世界上最大規模、最高素質的青年科研人才和工程人才，是我們參與國際競爭的堅實底氣。“九章一號”研發主力為90后、95后，“九章二號”“九章三號”以95后、00后為主，“九章四號”已由00后科研人員主導。未來量子計算大規模應用要依靠年輕的10后、20后在座聽眾甚至更小的一代。

2000年初時，大家覺得量子計算很科幻，需要50年才能發展起來，但是我們往往會高估未來一年能做的事，低估未來十年能做的事。2015年我們獲得國家自然科學一等獎時，做到了8個光子的水平，當時有記者問，再過五年你們能做到什么水平？我們當時壯著膽子、鼓起勇氣說希望能做到20個光子，但是2020年做到了100個，現在又做到了3000個。量子計算目前也處于加速發展態勢，我們也都越來越有信心。

對談環節，由陸朝陽擔任學術主持人，與北京理工大學物理學院量子技術研究中心長聘教授尹璋琦、清華大學交叉信息研究院長聘副教授鄧東靈、中電信量子信息科技集團有限公司副總經理王振一起，圍繞量子科技前沿突破、產業落地路徑與青年人才培養等展開深度對談。

宏觀量子疊加的邊界與理性產業投資

尹璋琦圍繞量子與經典的邊界展開分享。他介紹了團隊將細菌等生物體引入量子疊加態的研究工作，表示目前能夠實現量子疊加的有機分子已達到數千上萬個原子的尺度，更大尺度下可能會受到引力等因素的影響。他預測2035年可實現RSA（公鑰加密算法）密碼破解，并期待量子計算助力新藥研發、降低醫療成本。

關于產業投資方面，他建議產業界保持冷靜，多關注測控系統、軟件工具等通用底層技術，給整個研究領域賦能，支撐未來十年的發展。

專家就量子疊加的邊界問題展開交流

量子計算規模化沒有原則性障礙，

技術路線尚未收斂

鄧東靈聚焦量子計算規模化與量子人工智能發展，他表示量子系統規模擴大的主要挑戰是退相干效應，但從原理上看，大規模擴大量子計算機不存在根本性障礙，目前各類量子計算技術路線仍未收斂。量子與人工智能的融合具有廣闊前景，量子技術能夠在信息存儲、自動證明、算力能耗、數據安全等方面提供新的解決方案。

他期待量子日到來后能夠出現安全節能、本地算力充足的量子智能體，同時呼吁產業界理性投資，杜絕夸大宣傳和虛假炒作。

專家就Q-day何時到來展開討論

量子產業是“未來產業”，

資本需保持理性自律

王振評估約四年后將迎來量子安全關鍵節點，主張提前開展密碼遷移和防御布局。他表示量子產業屬于國家重點布局的未來產業，技術路線仍在持續演進，產業整體尚處于培育成長階段。產業發展面對熱潮既要抓住機遇，也要保持冷靜自律，堅決抵制過度宣傳、虛假炒作，避免資本泡沫。

在人才需求上，王振認為產業界最需要具備強烈好奇心與內在自驅力的人才。他還建議提前構建量子、超算、智算相融合的算力體系，為量子算力的到來做好準備。

中電信量子信息科技集團有限公司副總經理王振交流觀點

活動現場還有百余名來自相關高校、院所的大學生、研究生和中國科協青培工程入選者參加，并與嘉賓進行了熱烈交流。

光量子計算機商業化還有哪些卡脖子問題？最可能落地的是光量子計算機嗎？

陸朝陽

中國科學技術大學講席教授

世界青年科學家聯合會理事長

光量子計算機屬于專用量子計算，主要解決高斯玻色取樣等特定數學問題，作為一種插件或加速卡。下一步走向通用容錯量子計算，最核心的技術瓶頸是實現兩個獨立單光子之間的確定性相互作用，目前國際上只有我國團隊在開展探索研究，突破后有望實現室溫光量子計算機及與量子互聯網兼容的分布式計算。

鄧東靈

清華大學交叉信息研究院長聘副教授

光量子計算在玻色取樣、生成式模型等專用場景上具備明顯優勢，但要實現通用化應用，仍需攻克光子間相互作用這一難題，目前量子計算的技術路線還沒有最終收斂，包括光量子在內的多種技術路線都有率先落地的可能性。

量子計算和量子精密測量如何實現規模化、工程化的應用？

尹璋琦

北京理工大學物理學院量子技術研究中心長聘教授

量子精密測量是量子科技中落地最早的領域。原子鐘已經商用，原子磁力計、量子陀螺儀等可用于地質勘探和導航。在生命健康領域，金剛石色心技術可將生物探測精度提升至單細胞尺度，國內多個公司已在這方面做了很多產業化工作。

國家科技傳播中心學術發展講堂

國家科技傳播中心學術發展講堂是中國科協著力打造的一檔學術欄目，突出前沿性、思辨性和傳播性，面向科技工作者尤其是青年科技工作者，傳播學術領域的前沿發展動態。講堂持續邀請戰略科學家、一流科技領軍人才和創新團隊，講述突破傳統的前沿探索、卓有成效的改進方法、顛覆認知的創新理論以及改寫行業規則的研究成果。

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供　　稿：中國科協科學技術傳播中心

責　　編：鄧涵文

審　　核：張敬一

值班編委：宋玉榮

文章轉載自“中國科協之聲”公眾號