搜狐科技《思想大爆炸——對話科學(xué)家》欄目第125期，對話中國科學(xué)院院士潘建偉。

嘉賓簡介：

潘建偉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長、教授，2017未來科學(xué)大獎-物質(zhì)科學(xué)獎獲得者，主要從事量子光學(xué)、量子信息和量子力學(xué)基礎(chǔ)問題檢驗(yàn)等方向研究。

• 未來，新興量子技術(shù)可在信息安全傳輸、提升計算能力和精確感知物理世界方面發(fā)揮巨大作用。
  

• 量子力學(xué)跟人工智能結(jié)合在一起后，很可能會催生一次新的產(chǎn)業(yè)變革。
  

• 量子計算機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的前提是“量子糾錯”技術(shù)。

出品｜搜狐科技

作者｜常博碩、周錦童

編輯｜楊 錦

“在我看來，目前的量子物理學(xué)并沒有禁止我們可以做利用量子糾纏所進(jìn)行的星際穿越?！?/p>

近日，在未來科學(xué)大獎10周年慶典期間，面對搜狐科技對于人類是否能實(shí)現(xiàn)星際穿越的疑問，中國科學(xué)院院士、物理學(xué)家潘建偉直言，“雖然我們現(xiàn)在能利用量子隱形傳態(tài)量子系統(tǒng)的復(fù)雜狀態(tài)傳到很遙遠(yuǎn)的地方，但能否傳輸人，我們還不確定，這需要我們理解生命現(xiàn)象和非生命現(xiàn)象之間存在的本質(zhì)區(qū)別?！?/p>

1925年前后，玻恩、海森堡、狄拉克、泡利等人創(chuàng)立了矩陣力學(xué)，標(biāo)志著現(xiàn)代量子理論的建立。到2025年，量子力學(xué)已誕生100周年，今年也被聯(lián)合國設(shè)立為“量子科學(xué)與技術(shù)國際年”。

談及量子力學(xué)的發(fā)展，潘建偉直言：“過去100年中，量子力學(xué)已經(jīng)為我們的產(chǎn)業(yè)變革做出了巨大的貢獻(xiàn)?？梢哉f沒有量子力學(xué)，就不會有今天的計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)，也不會有今天的導(dǎo)航系統(tǒng)。”

在他看來，目前量子信息科學(xué)作為一個新的學(xué)科正在蓬勃發(fā)展。“我想在未來的20年里，量子力學(xué)跟人工智能結(jié)合在一起后，會催生一次新的產(chǎn)業(yè)變革?！?/p>

他進(jìn)一步解釋道：“比如利用量子糾纏的精確關(guān)聯(lián)，人類就可以在兩個距離遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)之間產(chǎn)生一種原理上不可破解的量子密碼，利用量子密碼，我們就可以實(shí)現(xiàn)最高安全級別的信息傳輸?！?/p>

在物理學(xué)領(lǐng)域，至今仍然很多未解之謎牽動著研究者們的心。對于潘建偉而言，最令他著迷的莫過于量子糾纏。“到目前為止，所有的實(shí)驗(yàn)都證明了這個現(xiàn)象確實(shí)是存在的，但為什么會有這種現(xiàn)象到現(xiàn)在也沒辦法解釋。”

楊振寧曾說：“如果你問我世界上有沒有人形的上帝，我認(rèn)為沒有。但如果你問我有沒有一個造物者，我想是有的，因?yàn)檎麄€世界的結(jié)構(gòu)不是偶然的?！币苍S，正是因?yàn)檫@些精妙的未解之謎，吸引著無數(shù)物理學(xué)家對世界不停地探索。

最后，談及為什么會選擇量子物理作為終身的事業(yè)，潘建偉表示：“興趣是耐心的源泉。我當(dāng)初選擇這個行業(yè)的時候沒有去想它會不會蓬勃發(fā)展，只是覺得這是我自己感興趣去做的?！?/p>

以下為對話實(shí)錄（經(jīng)整理編輯）

媒體：能否用通俗的語言解讀一下現(xiàn)在量子科技的進(jìn)展和現(xiàn)狀？

潘建偉：今年正好是現(xiàn)代量子理論建立100周年。量子力學(xué)誕生后，推動了現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，沒有量子力學(xué)就不會有今天的計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和導(dǎo)航?，F(xiàn)在，隨著我們能精確操控單個原子、分子、光子，一個新的學(xué)科——量子信息科學(xué)正蓬勃發(fā)展。我認(rèn)為在未來20年，它與人工智能結(jié)合，可能催生一次新的產(chǎn)業(yè)變革。新興的量子技術(shù)可以在信息安全傳輸、強(qiáng)大計算能力和精確感知物理世界方面發(fā)揮巨大作用。

媒體：能否舉一個具體的案例，說明量子科技未來20年如何影響老百姓的生活？

潘建偉：例如，利用量子糾纏的精確關(guān)聯(lián)，我們可以實(shí)現(xiàn)原理上不可破解的量子密碼通信。據(jù)我了解，中國電信已有約500萬量子保密手機(jī)用戶。未來20年，大家都有望使用這種由量子密碼保障的信息安全手段。

第二個應(yīng)用是構(gòu)建遠(yuǎn)距離的“時頻分發(fā)網(wǎng)絡(luò)”。目前GPS和北斗原子鐘的精度是千萬年誤差一秒。未來，新的量子技術(shù)能實(shí)現(xiàn)百億年甚至更長時間誤差不到一秒的時頻技術(shù)，大幅提高時間和計量導(dǎo)航的精度。

當(dāng)然，最令人激動的是，如果在20年左右的時間里能造出通用量子計算機(jī)，它將提供非常強(qiáng)大的計算能力，可以解決目前人工智能中對算力有極大需求的問題，提供革命性解決方案。

媒體：目前量子計算機(jī)面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？

潘建偉：量子計算機(jī)面臨的主要挑戰(zhàn)是單次操作的錯誤率比較大。這導(dǎo)致計算時間一長，結(jié)果就不再可信。為了解決這個問題，關(guān)鍵在于發(fā)展“量子糾錯”技術(shù)。

量子糾錯可以這樣類比，如果直接把一根火柴垂直放在地面上，它一會就倒下來，如果我有三根火柴同時放在地面上，它就能站很久。如果有很多火柴棍疊加在一起的話，就會形成一個對周圍的振動有較強(qiáng)抵抗能力的體系。我們會用很多量子比特，就像很多火柴棍壘起來一樣，哪怕周圍有噪聲或各種影響，也不會算錯的這種機(jī)制，我們把它叫做量子糾錯。

我們希望通過5到10年的時間解決量子計算中的糾錯問題，也許到2035年或2040年，就能構(gòu)建出通用的量子計算機(jī)。

媒體：您是如何培養(yǎng)和激勵一個優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)的？

潘建偉：我非常認(rèn)可楊振寧先生的判斷：年輕人要選擇一個正在蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域，并且自己能力足夠，就能較快取得成果。其次，在量子信息科技領(lǐng)域，它涉及算法、硬件、物理機(jī)制等多方面，一個優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)需要將做數(shù)學(xué)、計算機(jī)理論、材料、以及對物理機(jī)制有深刻理解的各種能干的人聚集在一起，才能取得重大進(jìn)展。例如，陸朝陽團(tuán)隊(duì)做光量子計算研究，但大團(tuán)隊(duì)里還有做算法和電子學(xué)的，大家聯(lián)合就能做別人做不了的事。第三，在對的時間做對的事情，再加上一點(diǎn)運(yùn)氣。

媒體：您覺得哪些人才或青年學(xué)子適合從事量子力學(xué)領(lǐng)域？

潘建偉：很難一概而論，我們領(lǐng)域需要各種各樣的人才。例如，搞密碼學(xué)的人數(shù)學(xué)能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)過來也能在量子算法中發(fā)揮很大作用，搞光通信的人對量子通信也很有用。甚至像提出了Grover算法的學(xué)者Lov Grover，他完全沒有學(xué)過量子力學(xué)，但他從計算機(jī)理論的角度理解量子，也能做出突破性貢獻(xiàn)。所以，我們領(lǐng)域需要數(shù)學(xué)、計算科學(xué)、物理學(xué)、量子電子學(xué)等多種學(xué)科背景的人才，甚至與人工智能的合作，也能幫助我們解決復(fù)雜原子體系的排列問題。

媒體：至今最讓您著迷的量子之謎或量子現(xiàn)象是什么？

潘建偉：我當(dāng)年最感興趣的就是量子疊加原理和由此產(chǎn)生的量子糾纏概念。一個量子比特可以同時處于0和1的疊加態(tài)，當(dāng)兩個量子比特糾纏在一起后，無論相距多遠(yuǎn)，當(dāng)一個的測量結(jié)果確定時，另一個的結(jié)果也會立即確定。愛因斯坦稱之為“遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的詭異互動”。我們到目前為止也沒辦法解釋這種現(xiàn)象為何存在，但我們可以利用它來做量子信息處理。

楊振寧先生曾說，量子糾纏是自然界造物主向我們顯示其強(qiáng)大之所在，它讓我們認(rèn)識到人類認(rèn)知的局限性。對我來說，量子糾纏是最讓我感到驚奇的現(xiàn)象，至今也未完全搞明白。

媒體：人類有可能實(shí)現(xiàn)星際穿越嗎？

潘建偉：在幾百年前，人們幻想飛天、登上月球，如今已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。目前的量子物理學(xué)并沒有禁止我們利用量子糾纏進(jìn)行星際穿越，我認(rèn)為在將來的某一天應(yīng)該是有可能的。雖然我們現(xiàn)在能利用量子隱形傳態(tài)將復(fù)雜的量子狀態(tài)傳到很遙遠(yuǎn)的地方，但能否傳輸人，我們還不確定，因?yàn)檫@需要我們理解生命現(xiàn)象和非生命現(xiàn)象之間是否存在本質(zhì)區(qū)別。

媒體：您在90年代選擇量子領(lǐng)域很有預(yù)見性，您當(dāng)時是如何選對這個行當(dāng)?shù)模?/strong>

潘建偉：我認(rèn)為最重要的是跟著自己的興趣走。當(dāng)你帶著好奇心，堅持做自己感興趣的事情時，總能對物質(zhì)世界的理解提供自己的見解。一旦這種見解真正成為知識，就會推動整個領(lǐng)域的發(fā)展。興趣是你無窮耐心的源泉。

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