量子科学与信息技术

□ 文/中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士 潘建伟

非常感谢智博会的邀请，给我一个机会来学习，来之前我特别犹豫，就是我作为一个从事物理学科学研究者到底讲什么，后来给我讲了一个题目，就叫做“量子科学与信息技术”。

为什么这么说呢？其实上世纪初一百年前，20世纪的物理学有两大发现，也是我们人类历史上的第二次科技技术，也就是提出了量子论和相对论，这两个理论提出以后直接催生了现代信息技术的诞生。为了进一步检验相对论，我们发展了非常精明的量子原之中，利用它和相对论结合，给今天的导航奠定了基础。所以从某种意义上讲，智能技术的发展不仅需要计算能力和网络感知能力，某种意义上量子力学不仅催生了它的诞生，本质上也提供了各种各样的基础。有位科学家说如果没有量子力学，我们马上就退回到了18世纪。

信息技术的发展目前正面临两个比较重要的问题：第一个，智能社会的到来，其实我们对信息安全提出了更加大的要求，但目前网络危险遭遇着各种各样的威胁，尽管几千年前我们试图解决信息的安全传输问题，但是大家都发现你设立的密码随后都被破解了，几年以前大家已经建议用2048位或者更高的。但随着算法复杂度的提高，我们来加密它所用的时间和资源的消耗就变得越来越复杂，就非常不好用。与此同时，大家还有一个怀疑，历史的经验告诉我们，依赖于计算复杂度的经典加密算法原则上都会破解，所以大概一百多年前有人做了一个怀疑，他说人没办法造出一个密码让我们破不掉，所以信息安全成了一个永久的话题。

与此同时，为了充分发挥未来大数据和人工智能的优势，其实我们会对计算能力提出非常高的要求，但实际上我们的计算能力还是非常有限的，目前全世界计算能力的总和一年内只能由一个大数据库完成搜索，原来的晶体管原理不再适用。再有怎么解决能耗的问题？非常有意思的是量子力学在第二次世界技术革命以后，催生了近代的信息技术，同时经过近百年的发展，已经为解决这些问题做好了准备。

这里面有一个基本的概念，所谓的量子，原子、分子都是小颗粒，这都是量子的范畴，其实光也是量子组成的，一个15瓦的电灯泡大概每秒钟有万亿颗小颗粒。到了微观不再小分的东西，有一个特征，利用这样一些东西我们一旦能够掌握对量子状态进行主动操纵，就提供了一些新的学科发展方向，利用量子保密通讯可以在人类历史上首次提供一种原理上是无条件安全的通讯方式。与此同时，计算能力上也是非常强大的，可以提供一种非常好的精密测量的手段，就是对环境的感知手段，这是基于量子力学基础检验所发展起来的量子信息。

因为这方面在党和国家的支持下中国发展是比较早的，在2007年的时候就把从前安全通讯的距离由几百米、几公里拓展到了近百公里，随后到目前点对点，在光纤里面能够做到400公里。如果要做得更远，在没有光的地方怎么办？这个时候我们就要借助卫星的帮助。在2016年发射了首颗“墨子号”的卫星，随后通过国际已经实现了中国和非洲、亚欧之间的全球化的量子分发。

在光亮计算方面，去年首次达到了量子超越经典计算机，在超导量的方面我在阿里巴巴的支持下也取得了比较好的进展。在未来希望通过10-15年的努力，能够构建有 量子密钥分发的安全网络。与此同时，我们希望在5-10年实现数百个量子比特的相干操纵，对特定的问题计算能力超过目前全世界计算能力综合的100万倍，可以为未来人工智能、各种大数据的发展奠定非常好的方向，这个方向除了我们国家非常重视以外，其实从这两年开始，欧盟、美国等地也非常重视，这块我们国家在众多领域里是一个比较有特色的领域。◇