，在中科大校園里，有這樣一位院士，他留校任教 56 年，年近耄耋卻仍站在科研一線，還自嘲做了幾十年的少數(shù)派。

他的學(xué)生創(chuàng)辦了中國第一家量子計算公司，已經(jīng)推出了數(shù)款量子計算機芯片。

他就是是中國量子光學(xué)和量子信息領(lǐng)域的先行者，中科院院士，中科大教授郭光燦。

鎖住光的物理學(xué)家

4 個月前量子 U 盤這項研究成果在網(wǎng)上引起了巨大的轟動，也引發(fā)了大眾對于量子光學(xué)的好奇心:

如何將速度每秒 30 萬公里的光線存儲在固體里這項技術(shù)又對量子計算有哪些幫助

帶著這些疑問，量子位與郭光燦院士進行了一次對話。

其實，量子 U 盤的原理是用固體原子與光子的作用，當(dāng)原子被激發(fā)后，光的狀態(tài)就被存儲起來最后經(jīng)過一系列操作再將激發(fā)原子轉(zhuǎn)化為光信號

從 1 分鐘到 1 小時，時間的延長讓許多過去難以想象的物理實驗變得可能。

郭光燦向量子位解釋道:

當(dāng)存儲時間達到小時級后，就可以將兩個相距幾百公里天文臺拍攝的信息存起來，再用飛機高鐵將量子 U 盤運到一處，通過對比能把望遠鏡分辨率提高上萬倍。

在量子計算領(lǐng)域，其用途更是顛覆性的。

如果把量子 U 盤用于量子計算機，那么我們破解現(xiàn)在最高加密級別 RSA—2048 所需的量子比特數(shù)可能會降到幾萬。

上世紀 80 年代，量子計算機被首次被提出物理學(xué)家費曼認為量子計算機具有一些經(jīng)典計算機無法比擬的優(yōu)勢

之后，就是著名的 Shor 算法出現(xiàn)，這是一種利用量子計算機破解非對稱加密的算法，可以讓現(xiàn)在的 RSA 公鑰體系失效。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉，陸朝陽，劉乃樂等人與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，國家并行計算機工程與技術(shù)中心合作，成功構(gòu)建了113個光子，144種模式的量子計算原型。

簡而言之，量子 U 盤的出現(xiàn)，會讓破解加密的量子計算機更容易制造出來。

量子 U 盤登上 Nature 子刊

最近幾年來，國內(nèi)量子計算，量子通信研究研究如火如荼，量子通信衛(wèi)星發(fā)射升空，量子技術(shù)可謂婦孺皆知。

但是在二十年前卻是不大被人們理解的少數(shù)派，這也是郭光燦對自己過去二十多年研究的總結(jié)。

用二手儀器做量子實驗

如今量子 U 盤幾百萬的視頻播放量，背后卻是少數(shù)派二十多年的艱難與孤寂因為在二三十年前，即使是業(yè)內(nèi)人生也意識不到量子計算的重要性

1984 年，郭光燦靠著 2000 元的經(jīng)費辦起了中國第一次量子光學(xué)會議，90 年代末就開始研究量子信息，并將國外的量子信息教材引入國內(nèi)。

但理論上的東西變成現(xiàn)實，總要跨越工程技術(shù)上巨大的鴻溝。

就像人工可控核聚變一樣，量子計算機何時能做成，未來會以何種形式實現(xiàn)與應(yīng)用，所有人心里都沒底僅當(dāng)下就有超導(dǎo)電路，離子阱，半導(dǎo)體自旋體系等不同方案

和谷歌，IBM 不同，國內(nèi)的量子計算技術(shù)以高校和科研機構(gòu)為主導(dǎo)，經(jīng)費不足成為郭光燦面臨的首要問題。

郭光燦仍記得，在十幾年前，他從學(xué)校借來了一筆 800 萬的科研經(jīng)費，對于量子計算來說是杯水車薪。

800 萬是做不成的，起碼得一個億，幸好當(dāng)時有金融危機，美國很多學(xué)校把他不用的儀器修修，然后就拿出來賣二手貨，所以我 6 臺儀器 5 臺是二手貨買來以后勉強就勉強可以用，我可以自己做芯片，可以自己做實驗。

就在那樣艱苦條件下，團隊堅持了五六年。

然后科技部要搞一個超級 973，我馬上提了量子計算機，量子芯片所以我們就拿到了 1.3 億的錢，這個是最大的

經(jīng)費上的困難解決了，在工程上量子計算機還面臨兩大困難。

一是如何避免消相干，二是如何精準(zhǔn)操控量子世界。第九章第二條；解決高斯玻色取樣的數(shù)學(xué)問題比目前世界上最快的超級計算機快10倍，是量子計算機發(fā)展道路上的重要一步。

消相干嚴重的話，量子計算機它就自動演化，量子性就消失掉了，它的并行運算能力就沒了。

為了補償消相干，代價是浪費資源可能你得用 100 個 1000 個的物理比特編碼 1 個邏輯比特

而量子 U 盤就是一種避免光子消相干的技術(shù)。

人類還不知道如何操控微觀世界在經(jīng)典世界，人類的操控能力很強，可以發(fā)射機器人到火星上采集樣品，進行分析，并把分析結(jié)果的信號傳回地球但是人類對微觀世界的操控能力遠未達到這樣的水平，這是極大的挑戰(zhàn)

郭光燦極力在用通俗的語言向我們解釋這些高深的技術(shù)問題。

過去而他也是在教材中向?qū)W生向這樣通俗解釋一個個物理概念，他編寫的《光學(xué)》教材影響了一大批中國物理人。

而如今量子計算和量子信息已經(jīng)成為國家重要科技戰(zhàn)略，郭光燦先后擔(dān)任國家科技部 973 項目量子通信與量子信息技術(shù)首席科學(xué)家，中國科學(xué)院重要方向項目首席科學(xué)家，國家基金委創(chuàng)新群體學(xué)術(shù)帶頭人，國家科技部中長期規(guī)劃量子調(diào)控重大項目量子通信與量子計算的物理實現(xiàn)首席科學(xué)家。

今年除了量子 U 盤外，郭光燦團隊的另一篇量子計算研究成果也登上了 Nature:他們利用固態(tài)量子存儲器和外置糾纏光源，首次實現(xiàn)兩個吸收型量子存儲器之間的可預(yù)報量子糾纏。。

更愛用量子霸權(quán)一詞

最近幾年來，伴隨著國內(nèi)外量子計算技術(shù)上的重大突破，量子計算已經(jīng)不再是少數(shù)派。

郭光燦認為，國外的量子計算商業(yè)化之路已經(jīng)如火如荼，科技巨頭的大量投入，讓我們在短短 5 年內(nèi)見證了量子計算的 3 大重要歷程碑:

1，2016 年初，IBM 5 量子比特的量子計算機云平臺上線，

2，2019 年初，IBM 第一臺 20 比特商用量子計算機，

IBM 開發(fā)的商用量子計算機

3，2019 年末，Google 用 53 比特量子計算機實現(xiàn)量子霸權(quán)，用 3 分鐘時間算完了經(jīng)典超級計算機 10 萬年才能算出的問題。

相比量子優(yōu)越性，郭光燦更喜歡用量子霸權(quán)這一翻譯因為這不僅意味著在某些算法上量子計算機對經(jīng)典計算機的制霸，也體現(xiàn)各個國家在量子計算上的激烈競爭

在技術(shù)上，中國正在快速趕超，努力擺脫技術(shù)上受制于人的局面，終于也在去年實現(xiàn)了量子霸權(quán)。

今年，中科院開發(fā)出為量子計算機提供超低溫環(huán)境的稀釋制冷機，而過去這種核心機器只能依賴進口。

由于量子計算是各大國必爭的科技高峰，核心技術(shù)一直對他國封鎖，稀釋制冷機的出現(xiàn)標(biāo)志著量子計算卡脖子現(xiàn)狀正在逐步改善。

你卡我的時候，我可能慢一點，等我們補好了就更快了我認為沒有什么被量子計算這種技術(shù)更難更不可克服，都可以解決

解決卡脖子只是第一步，郭光燦還有更大的雄心。

把中國量子計算機賣到國外去

郭光燦認為，中國與世界頂尖的量子計算技術(shù)只有 3 年的差距和某些行業(yè)相比，量子計算技術(shù)的代差算是很小了

但令郭光燦憂慮的，不是技術(shù)上的差距，而是量子計算的應(yīng)用生態(tài):

3 年不算長，但是如果人家生態(tài)很好，他們指數(shù)上升，我們線性上升，距離就拉開了，我們就跟不上了。

但國內(nèi)目前的現(xiàn)狀是:

1，從事硬件研發(fā)和生產(chǎn)的公司并不多，

2，量子計算的生態(tài)還沒有形成，差距會越拉越大。

雖然阿里，華為等先后推出了量子計算平臺，但大多數(shù)是軟件模擬，僅能模擬規(guī)模較小的量子計算機，郭光燦認為，最終研究還是要回歸到硬件上來。

而國內(nèi)目前成功商業(yè)化的量子計算機硬件公司也僅有量子本源一家。

在量子硬件研發(fā)方面，郭光燦認為，谷歌的經(jīng)驗值得借鑒。

當(dāng)年谷歌不惜重金挖來加州大學(xué)圣巴巴拉分校的知名學(xué)者 John Martinis，極大加速了谷歌的研發(fā)進度。

而這方面，國內(nèi)企業(yè)做得還不夠。

國外像 IBM，Google 這樣的科技巨頭牽頭來做，已經(jīng)形成了量子化學(xué)，藥物研發(fā)等實際應(yīng)用，只有讓其他企業(yè)都用起來，才能促進量子計算生態(tài)的發(fā)展，

把中國的量子計算機賣到國外去，這是郭光燦的愿景，他認為解決了國產(chǎn)機器的軟件生態(tài)問題，有了自己的量子操作系統(tǒng)，這一天不會太遠。

80 歲堅持寫量子計算科普

最令郭光燦憂心的是，國內(nèi)優(yōu)秀的量子計算人才外流，產(chǎn)業(yè)界又缺乏人才流入。

郭光燦說，他的團隊很多學(xué)生在量子計算上展現(xiàn)出優(yōu)秀的天賦，但是到國外留學(xué)后不得不放棄量子計算專業(yè)，令他感到惋惜。

在人才體系建設(shè)上，我們可以輸血，但更重要的是提升自己的造血能力。

引進人才固然能走捷徑，但培養(yǎng)人才的興趣是關(guān)鍵，所以郭光燦要讓學(xué)生愛上量子計算事業(yè)。

不僅對團隊內(nèi)的博士生竭盡所能支持，還要讓更多門外漢加入進來。

雖然已年近耄耋，但郭光燦堅持筆耕不輟，還在編寫一本量子力學(xué)科普讀物《顛覆:迎接第二次量子革命》該書已經(jīng)付梓印刷，預(yù)計年底前將正式出版

郭光燦不僅因為他在科研上取得的眾多矚目成就，還因為他一直堅持物理學(xué)基礎(chǔ)教育，不少高校都在使用郭院士編寫的物理學(xué)教材。

但是面對量子計算與量子信息科普書籍的匱乏，80 歲的郭光燦決定再次拿起科普育人的筆。

無疑，計算機和人工智能是現(xiàn)在學(xué)生選擇的熱門。

郭光燦希望這本科普讀物能讓學(xué)計算機的人也愛上量子計算，因為這個行業(yè)太需要兩方面都懂的交叉人才了。

所以在月底即將舉辦的 2021 中國計算機大會上，郭光燦決定做一場名為《量子計算機發(fā)展?fàn)顩r》的報告。

他也是今年 CNCC 特邀的兩位中科院院士之一，也是唯一參會的物理學(xué)家。

談到計算機和人工智能，郭光燦笑著說:你們熟悉的張鈸院士，他是我的福建老鄉(xiāng)。

對于國內(nèi)的物理系學(xué)生來說，郭光燦知名不僅因為他在科研上取得的眾多矚目成就，還因為他一直堅持物理學(xué)基礎(chǔ)教育。

現(xiàn)在伴隨著量子計算的大熱，他希望能借著東風(fēng)將量子計算介紹給每個人新書是一次嘗試，參加計算機學(xué)術(shù)會議也是

不知在今年的 CNCC 上，物理和計算機會碰出怎樣的火花。

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