周琦

2020年年底，一則科技大新聞登上全球熱搜。中國(guó)量子計(jì)算機(jī)“九章”后來(lái)居上，計(jì)算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了美國(guó)谷歌的“懸鈴木”。這一突破使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家，也將全球量子計(jì)算研究推向下一個(gè)里程碑。

“九章”成為世界級(jí)重大科研成果，也讓被媒體譽(yù)為中國(guó)“量子之父”的中國(guó)科技大學(xué)教授、中科院院士潘建偉成為“頂流明星”。

200秒與6億年

由潘建偉、陸朝陽(yáng)等學(xué)者組成的研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所與信息技術(shù)研究所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。

處理5000萬(wàn)個(gè)樣本的高斯玻色取樣問(wèn)題，“九章”只需200秒，而目前世界上最快的超算則需要6億年;處理100億個(gè)樣本，“九章”需10個(gè)小時(shí)，超算則需要1200億年。

這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”，這一突破也使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。

即便是和全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”（也有媒體稱之為“量子霸權(quán)”）的“懸鈴木”（谷歌公司開(kāi)發(fā)）相比，“九章”具有運(yùn)算速度更快、環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)、克服技術(shù)漏洞這三大優(yōu)勢(shì)?！皯意從尽敝挥性谛颖镜那闆r下快于超算，“九章”則在小樣本和大樣本上都超過(guò)了超算。

“好比賽跑，谷歌的機(jī)器短跑能跑贏超算，長(zhǎng)跑跑不贏;我們的機(jī)器短跑、長(zhǎng)跑都能跑贏?！迸c潘建偉一起研發(fā)“九章”的中科大教授陸朝陽(yáng)說(shuō)。

“希望通過(guò)15年到20年的努力，研制出通用的量子計(jì)算機(jī)，這樣它就可以用來(lái)解決很多非常廣泛的問(wèn)題?！迸私▊フf(shuō)。隨著計(jì)算能力的進(jìn)一步提升，量子計(jì)算機(jī)將有望在密碼破譯、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等具有實(shí)用價(jià)值的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

更關(guān)鍵的是，“九章”量子計(jì)算機(jī)成功問(wèn)世后，不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，中國(guó)一直被“卡脖子”的芯片、光刻機(jī)等技術(shù)難題，或許有了新的解決思路。

據(jù)悉，“九章”的原型是通過(guò)我國(guó)自主創(chuàng)新的量子光源、量子干涉、單光子探測(cè)器等構(gòu)建，使用的是光子，與使用硅基芯片的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)完全不同。有不少人提出，若未來(lái)使用光子、離子、原子等的通用量子計(jì)算機(jī)問(wèn)世，上述問(wèn)題將迎刃而解。

距“不可破解”一步之遙

其實(shí)，不僅是此次的“九章”，回顧2020年，潘建偉及其團(tuán)隊(duì)還有很多世界領(lǐng)先的創(chuàng)新。

2月12日，潘建偉、包小輝及其他團(tuán)隊(duì)同事在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了50公里的量子糾纏。

構(gòu)建全球化量子網(wǎng)絡(luò)并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)量子通信是量子信息研究的終極目標(biāo)之一。基于衛(wèi)星的自由空間信道可以實(shí)現(xiàn)廣域大尺度覆蓋，但地面覆蓋普遍認(rèn)為還是需要通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)。

但是，光信號(hào)在光纖內(nèi)呈現(xiàn)指數(shù)衰減，50公里光纖中光信號(hào)將衰減至十億億分之一，使得量子通信無(wú)法實(shí)現(xiàn)。潘建偉及其團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)創(chuàng)新，使得上述光信號(hào)在50公里的光纖中僅衰減至百分之一以上。

6月15日，《自然》發(fā)表了潘建偉團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新突破——在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)基于糾纏的量子密鑰分發(fā)。

量子密鑰分發(fā)，是利用量子通信的方式，讓通信雙方擁有共同的密鑰。在此前的研究中，現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖量子密鑰分發(fā)的安全距離只有百公里量級(jí)，若想實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)，就需要依靠衛(wèi)星。

但是，如果把衛(wèi)星作為中繼節(jié)點(diǎn)，萬(wàn)一衛(wèi)星被第三方挾持，其發(fā)送的密鑰信息就可能被泄露。而潘建偉團(tuán)隊(duì)讓衛(wèi)星作為糾纏源，只負(fù)責(zé)分發(fā)糾纏，不掌握任何密鑰信息。這樣一來(lái)，即使糾纏源來(lái)自不可信的第三方，只要用戶間能檢測(cè)到量子糾纏，仍可以產(chǎn)生安全的密鑰。

雖然目前的成果還屬于原理演示，但已經(jīng)讓量子通信距離完全不可破解的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用只剩一步之遙。

身家超過(guò)27億元

《自然》與《科學(xué)》，這兩本國(guó)際頂尖的學(xué)術(shù)期刊，很多科研人員窮其一生，也無(wú)法在上面發(fā)表一篇論文。但潘建偉不僅在這兩本期刊發(fā)論文發(fā)到手軟，甚至還能與倫琴、愛(ài)因斯坦等科學(xué)偉人比肩。

他的論文《實(shí)驗(yàn)量子隱形狀態(tài)》，與倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、愛(ài)因斯坦建立相對(duì)論等影響世界的重大研究，被《自然》選為百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文。

作為中國(guó)量子技術(shù)研究的領(lǐng)軍人物，潘建偉潛心科研20多年，將中國(guó)從量子信息技術(shù)一窮二白的地步發(fā)展到領(lǐng)跑全球頻頻刷新世界紀(jì)錄的高度。

不過(guò)，在談到量子物理時(shí)，潘建偉卻笑言，“我研究量子20多年，到現(xiàn)在也沒(méi)有完全搞清楚。正因?yàn)檫€沒(méi)搞明白，所以我可以繼續(xù)研究?！?/p>

2020年7月9日，潘建偉參與創(chuàng)建的國(guó)盾量子（688027.SH）正式登陸科創(chuàng)板，成為國(guó)內(nèi)外首個(gè)獨(dú)立上市的量子通信科技公司。

12月24日，國(guó)盾量子的收盤(pán)價(jià)位228.68元/股，較其發(fā)行價(jià)36.18元/股上漲了5倍多。當(dāng)日國(guó)盾量子的總市值達(dá)到183億元。

Wind數(shù)據(jù)顯示，截至2020年9月30日，潘建偉持有國(guó)盾量子15.19%股權(quán)。以此計(jì)算，潘建偉持有的上述股權(quán)價(jià)值超過(guò)27億元。

不過(guò)，更受關(guān)注的是潘建偉獲得諸多國(guó)內(nèi)外知名獎(jiǎng)項(xiàng)。

2020年4月，潘建偉獲得2020年度蔡司研究獎(jiǎng)，成為首次獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)的中國(guó)科學(xué)家。1990年以來(lái)，蔡司研究獎(jiǎng)在世界范圍每?jī)赡暝u(píng)選一位科學(xué)家，其中有4位獲獎(jiǎng)?wù)咧螳@得諾貝爾獎(jiǎng)。

潘建偉會(huì)是下一個(gè)嗎？

（本文刊發(fā)于《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》2020年第24期）