中科院院士郭光灿：深刻把握量子科技发展趋势

MEMS 2022-10-12 00:00

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习近平总书记在主持中央政治局第二十四次集体学习时强调，要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。为深入学习领会习近平总书记重要讲话精神，深刻把握“十四五”时期乃至更长一段时间量子科技发展趋势，对郭光灿院士进行了专访。

面向未来，提前布局

记者：如何理解发展量子科技在推动科技强国建设，乃至服务社会主义现代化建设中的战略作用？

郭光灿：习近平总书记指出，当今世界正经历百年未有之大变局，科技创新是其中一个关键变量。他强调，量子力学是人类探究微观世界的重大成果。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。

通观整个世界的科技发展，不仅量子力学是人类迄今为止最成功的科技理论之一，而且量子科技是国际竞争毫无疑问的焦点，主要大国都将其作为核心科技战略，研究进展和成果从来都是“秘不示人”。

120年前，德国物理学家普朗克提出量子这一概念，宣告量子时代拉开帷幕。普朗克假定，光辐射与物质相互作用时，其能量不是连续的，而是一份一份的，一份能量就是“量子”。后来，科学家发现微观世界有着与宏观世界完全不同的特性，宏观世界的物理客体，要么是粒子，要么是波动，它们遵从经典物理学的运动规律;而微观世界的所有粒子却同时具有粒子性和波动性，不遵从经典物理学的运动规律。由此，量子力学应运而生，而我们所熟悉的世界也被分为经典世界和量子世界。在经典世界中，物理客体每个时刻的状态和物理量都是确定的;而量子世界的物理客体的状态和物理量都是不确定的，概率性是量子世界区别于经典世界的本质特征。

迄今为止，在量子世界中尚未观察到任何违背量子力学的现象。不仅如此，量子力学还催生了现代信息技术，造就了人类社会的繁荣昌盛。信息领域的核心技术是电脑和互联网，量子力学理论是晶体管运行的物理基础，晶体管是各种芯片的基本单元;光的量子辐射理论是激光诞生的基本原理，该技术的发展催生了当下无处不在的互联网。因而现代信息技术，本质上源自量子力学原理在经典世界的运用，其特征是晶体管和激光器作为经典器件，遵从经典物理的运行规律。

20世纪80年代，量子信息技术应运而生，比如量子计算机、量子密码、量子传感等,这些技术不仅原理基于量子力学,器件本身也遵从量子力学。特别是这些器件应用了量子世界的特性，比如叠加性、纠缠、非局域性、不可克隆性等，其信息功能远远优于相应的经典技术。可以说，量子信息技术突破了经典技术的物理极限，开辟了信息技术发展的新方向。一旦量子信息技术获得广泛的实际应用，人类社会生产力将迈入新阶段。

正因为量子科技是面向未来的技术，是颠覆性技术，全世界还处在研究研发的早期，所以，哪个国家先跑到量子科技时代，其生产力就会高于其他国家，从而掌握主动权，取得发展优势，占领发展高地。这就是习近平总书记所说的“把握大趋势，下好先手棋”的原因所在。

当然，现在国际上科技竞争的主战场还是经典技术、经典设备，但必须提早布局未来，不能等到科技落后了再去买、去租，直到被人家卡了脖子。关键核心技术是买不来的，一定要牢牢掌握在自己手里。从这个层面上看，我们就能更深刻地理解加快发展量子科技对促进高质量发展，对建设科技强国，对国家现代化建设，意义有多么重大。

加大投入，锻长补短

记者：请您谈谈我国在量子科技领域的发展现状，有哪些优势、哪些短板？

郭光灿：我国在量子科技领域，总体上处在国际第一梯队。比如，高保真度多光子纠缠、量子存储等国际公认的很多基础技术，我们在世界上都是最好的，可以说，我们的量子技术是国际一流水平的技术。再如，我们的量子保密通信技术虽不好说领先，但走在了国际前列，且已逐步迈向实用化产业化。之所以不好说领先，是因为我们不知道国外究竟发展到了什么水平，特别是美国，已经多年不通过公开发表学术论文公布技术指标和细节。但是，我们有自信说已走在国际前列，这是因为问题都是我们自己解决的、国产化全是我们自己做的、专利都是我们自己的，而且很多专利还是国际专利，是任何国家也绕不过去的技术专利。

与此同时要认识到，我们与国际领先水平还是有差距的，特别是研发投入与欧美国家相比还远远不足，在一些关键领域我们仍处于落后追赶的状态。

记者：把握量子科技发展趋势，在您看来切入点和突破口是什么？

郭光灿：我认为量子计算机最重要。量子计算机不是修修补补的技术，而是天翻地覆的技术，是量子科技中最有标志性的颠覆性技术，只

有当通用量子计算机获得广泛实际应用之时，我们才可断言人类社会已进入量子技术新时代。

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息、运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的运算能力同电子计算机相比，等同于经典计算机的运算能力同算盘相比，它能够将经典计算机需要几万年来处理的复杂数据，缩短至几秒钟，一旦广泛运用，人类社会各个领域都将发生巨大的变化。

在国家影响力方面，量子计算关系到一个国家未来发展的基础计算能力，一旦形成突破，会迅速建立起全方位战略优势，引领量子技术时代的国际发展。在经济影响力方面，量子计算机会形成庞大的产业链，带动材料、信息、能源等一大批产业飞跃发展，为密码分析、气象预报、石油勘探、药物设计等所需的大规模计算难题提供解决方案，从而为提高国家整体经济竞争力创造条件。

在科技影响力方面，当前计算机的数据处理能力已经无法满足信息量爆炸式增长的需求，而量子计算机则可以有效满足这一需求，同时，量子计算对于生物制药、机器学习、人工智能等领域也将产生深远影响。在军事影响力方面，量子计算机有可能改变未来战争的形态，掌握其核心技术能够极大地增强国防综合实力。在国家信息安全方面，量子计算机最受关注的重要应用之一，就是破译现代密码体系，研究表明，目前广泛使用的RSA公开密钥体系在量子计算机面前将不堪一击，届时基于经典保密系统之上的安全体系将变得无密可言，因此，其对国家安全体系的重大意义不言而喻。

目前，量子计算机研制已经进入一个十分关键的时刻，国际上的超大计算机、信息企业都投入了巨大的人力物力进行研制，比如微软公司成立了量子体系结构与计算研究组，谷歌公司与美国国家航空航天局联合成立了量子人工智能实验室，英特尔公司斥巨资投入量子计算机研发，等等。当然还有美国、日本、欧盟、澳大利亚等国家和地区已纷纷启动量子计算项目。我国经过一系列创新研究，在某些方面已经处于国际领先地位。但总的看，通用量子计算机还有相当长的路要走。

记者：其中有哪些是需要加强和注意的？

郭光灿：要突出量子计算机的重要性和颠覆性地位。当前，量子计算机的研究已经从实验室阶段向工程技术化阶段迈进，越来越多的研究单位和大型公司企业将进入，从而加速可实用化通用量子计算机研制的进程。从先进的发展模式而言，各大公司与研究机构合作研制量子计算机是集科研机构、公司、政府部门等于一体的研发模式，这可能是未来推进量子计算机研制的一种有效模式。

对于量子科技的长远发展，值得注意的是，国家重视是好事，但要防止各地一哄而上。量子科技门槛高，不容易跨过去，不能盲目搞量子产业，关键要看各自的条件，有条件的地方可以加强、加快。

为国家尽责，为学科续薪

记者：习近平总书记在政治局集体学习和党的十九届五中全会上，分别强调了坚持创新自信和科技自立自强，请谈谈您的理解。

郭光灿：我从事量子科技研究，到现在已近40年。1984年回国后，当时主要干了两件事：一是开设量子相关课程，一直坚持到现在；二是召开国内的量子光学会，由于太冷门，这个会是“借巢下蛋”，打着激光专业委员会的名义召开的，参会的人也几乎都是抱着好奇的态度。就这样，摸爬滚打了十几年。

2001年,我拿到973计划项目,从此开始在比较大的范围里获得支持。资金到位后，我想，量子信息要发展不能只靠一家，这样无法在国际上竞争，于是，我组织了来自北京大学、清华大学、中科院物理所的50多名技术骨干，把资金分了下去，共同推动这项事业。事实证明，这个决定是正确的。到现在，在国家持续支持下,这支队伍里已诞生了5位院士，他们带领多家科研基地全面繁荣，使我国量子科技水平跻身国际第一梯队。可以说，最初埋下的一粒种子，终于长成了姹紫嫣红的百花园。

我是40年只做了这一件事，也还会继续做下去。谈到坚持创新自信和科技自立自强，我有着切身的感受。

一是自信自强来源于国家的强大。量子力学诞生那一年，正值八国联军侵华，那时我们是个落后的国家，吃不饱穿不暖，社会黑暗，创新能力自然跟不上去。但是现在，我们国家已经是世界第二大经济体，中国正在从富起来走向强起来，国家对自主创新越来越重视，制度机制保障越来越成熟完善，投入的资金也越来越多，几乎每年都是大幅度增长，比如我们的仪器已经达到国际领先水平，这让我们对科技的发展充满自信。

二是自信自强来源于民族的勤奋。中国人的智力不比任何人差，而且更加勤奋，更有勤劳的习惯、奋斗的精神，再加上经济条件跟了上来，我们应该有这个自信和底气，一定不会在竞争中落后于人，一定会创造更大的辉煌。这方面，我的信心是很强的。

三是自信自强来源于人才的培养。近40年里，我一直坚持自己培养人才。从国外引进当然很好，但我认为自己“造血”更重要。在我看来,一个强国一定要自己培养一代又一代杰出的青年人才。我们实验室里一共40多人，其中获得过省级以上杰出青年、优秀青年荣誉的占到了一半，全是我们自己培养的，同样从事着世界一流的工作。这么多年我始终坚信，在我们自己的国土上，一定能培养出更多有国际影响力的年轻人。

四是自信自强来源于信念的坚守。一路走来，碰到了很多困难，但有困难是应该的,特别是对于新生事物来说。很多人问我有没有打过退堂鼓，我的回答从来都是“没有”，这是实话，因为我相信，我钻研的这个方向是对的，未来一定对国家很有用。为提高国力作出科学家的贡献，为国家利益拼命奋斗，这是我们的责任所在。当然，这期间也经历了不少诱惑，但我还是坚守了下来，如果没有这种信念、这个自信，可能很难坚持下来。

记者：您有没有自己的偶像?

郭光灿：“两弹一星”的功勋都是我的偶像，他们没有个人私利，就是报效祖国，这种伟大的科学家精神，值得我们一辈子去学习。还记得当年面对种种困难，我鼓足勇气给钱学森写了一封信，在信里我讲述了量子科技的重要性，希望国家能采用“两弹一星”的办法在这个领域取得突破。没想到的是，当时已坐在轮椅上的钱学森带病给我回了信,在信里，他表达了对发展量子科技的支持，后来还推动拨款给国防科大研究量子计算机。

“功成不必在我，功成必定有我。”今天，看到国家如此重视量子科技，我梦寐以求的心愿达成了，有了这么好的条件，我希望年轻的学术带头人一定要心怀“国之大者”，站在国家需求和大的布局的角度考虑问题，开展工作，团结国内所有的科研力量，直面国际竞争，共同为国家利益奋斗。

注：本文原题为《学习领会习近平总书记重要讲话精神，深刻把握量子科技发展趋势——访中科学量子信息重点实验室主任、中科院院士郭光灿》

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