量子計算利用其疊加原理，可以提供前所未有的計算能力，為密碼破譯、氣象預(yù)報、藥物設(shè)計、 金融分析等領(lǐng)域提供更好的解決方案。

文｜郭坤

ID | BMR2004

在全球科技競爭日趨激烈、數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的宏觀背景下，傳統(tǒng)信息技術(shù)正逐漸逼近物理極限，信息安全、算力瓶頸等問題日益凸顯。如何突破經(jīng)典計算與通信的邊界，構(gòu)建下一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，已成為各國科技戰(zhàn)略競爭的焦點。在這一關(guān)鍵賽道上，中國已將量子科技發(fā)展明確納入國家戰(zhàn)略體系，并在“十五五”規(guī)劃建議中將其置于未來產(chǎn)業(yè)布局的首要位置，積極搶占這一關(guān)鍵賽道的發(fā)展先機。

在2025騰沖科學(xué)家論壇上，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉院士系統(tǒng)描繪了量子技術(shù)從實驗室突破走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，特別是構(gòu)建高精度信息感知、高速信息處理和安全信息傳輸?shù)摹傲孔踊ヂ?lián)網(wǎng)”宏偉藍(lán)圖。作為中國量子信息科技的領(lǐng)軍人物，潘建偉及其團(tuán)隊在近三十年的科研生涯中，取得了包括“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星、“九章”系列光量子計算原型機、“祖沖之號”系列超導(dǎo)量子處理器在內(nèi)的一系列具有重要國際影響力的成果。他的演講不僅是一場科學(xué)報告，更是對量子技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化路徑的清晰勾勒，為全球商界和科技界理解這一顛覆性技術(shù)提供了權(quán)威的中國視角。

01

量子通信：構(gòu)建安全高效的量子網(wǎng)絡(luò)

潘建偉指出，量子通信是迄今唯一安全性得到嚴(yán)格證明的通信方式，同時也是連接量子計算機構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的高效信息傳輸途徑。

利用量子疊加特性，任何對量子態(tài)的竊聽行為都會改變量子態(tài)并被察覺，從而實現(xiàn)本質(zhì)上安全的密鑰分發(fā)。這種安全性甚至與設(shè)備提供商無關(guān)（即“器件無關(guān)”）——即便設(shè)備由第三方機構(gòu)提供，只要最終測量結(jié)果符合理論預(yù)期，密鑰安全就能保障。

潘建偉還描繪了“量子隱形傳態(tài)”這一更前沿應(yīng)用。它類似于科幻中的瞬間傳送，不傳輸實物粒子，卻能實現(xiàn)量子信息的遠(yuǎn)距離傳遞。這為未來量子計算機之間的高效連接提供了可能：若要將100個量子比特編碼的問題發(fā)送給遠(yuǎn)端量子計算機，傳統(tǒng)通信方式相當(dāng)于要傳輸2的100次方經(jīng)典比特的信息量，這已超過目前全球數(shù)據(jù)存儲總量的一百萬倍，幾乎不可能實現(xiàn)；但利用量子糾纏和隱形傳態(tài)，只需要建立100對糾纏并執(zhí)行量子隱形傳態(tài)就可以高效實現(xiàn)。

然而，量子通信的現(xiàn)實應(yīng)用經(jīng)歷了漫長攻關(guān)。量子通信的現(xiàn)實應(yīng)用面臨兩大挑戰(zhàn)。一是現(xiàn)實器件的不完美可能導(dǎo)致安全漏洞，二是光纖的固有損耗導(dǎo)致距離受限：若不解決損耗問題，實現(xiàn)千公里光纖量子通信，即便有理想光源，平均每三百年才能成功傳輸一個密鑰。

中國團(tuán)隊自本世紀(jì)初就開始攻關(guān)現(xiàn)實安全性和光子損耗兩大難題。

在現(xiàn)實安全性方面，2007年，中國科學(xué)家首次實現(xiàn)“誘騙態(tài)”量子密鑰分發(fā)，克服了現(xiàn)實條件下光源不完美帶來的安全隱患，首次將光纖量子密鑰分發(fā)安全距離突破100公里；2013年實現(xiàn)了“測量器件無關(guān)的”量子密鑰分發(fā)，免疫一切針對探測器的攻擊。這些進(jìn)展為量子通信的現(xiàn)實應(yīng)用成為可能。隨著系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升，至2023年終于將光纖無中繼量子密鑰分發(fā)的安全距離突破1000公里。

在擴展距離方面，“量子中繼”是實現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信的解決方案。經(jīng)過二十年攻關(guān)，特別是量子存儲等關(guān)鍵技術(shù)的突破，中國團(tuán)隊實現(xiàn)了國際上綜合性能最優(yōu)的冷原子量子存儲，構(gòu)建了國際首個城域量子糾纏網(wǎng)絡(luò)，將“器件無關(guān)”的量子密鑰分發(fā)距離突破100公里，為實用化的量子中繼奠定了堅實基礎(chǔ)。

利用衛(wèi)星平臺是現(xiàn)有技術(shù)條件下實現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信的另一有效途徑。從2003年提出衛(wèi)星量子通信的構(gòu)想，到經(jīng)歷10余年的地面關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，潘建偉團(tuán)隊牽頭研制世界上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，于2016年8月成功發(fā)射?！澳犹枴痹趪H上率先實現(xiàn)了千公里級的星地量子通信，通信速率超過同距離光纖信道20個數(shù)量級，充分驗證了通過衛(wèi)星實現(xiàn)全球化量子通信的可行性。

結(jié)合“墨子號”量子衛(wèi)星和地面遠(yuǎn)距離光纖通信網(wǎng)絡(luò)，中國已構(gòu)建天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形。潘建偉預(yù)計，未來10年有望實現(xiàn)高效的全球化量子通信，為重要機構(gòu)提供安全通信支撐。

02

量子計算：算力突破與產(chǎn)業(yè)化路徑

如果說量子通信主要解決信息安全傳輸問題，那么量子計算則指向了信息處理能力的根本性突破。潘建偉指出：“量子計算利用其疊加原理，可以提供前所未有的計算能力，為密碼破譯、氣象預(yù)報、藥物設(shè)計、金融分析等領(lǐng)域提供更好的解決方案。”

他用一個生動的比喻解釋了量子計算的原理：“經(jīng)典世界里面，50個比特在某一個時刻只能處于某一種狀態(tài)。到了量子世界里面，50個原子就可以處于2的50次方狀態(tài)的相干疊加——相當(dāng)于可以同時處于2的50次方狀態(tài)。這就好比你把一張A4紙折疊50次，厚度從0.1毫米變成了1億公里。在并行數(shù)據(jù)處理能力上，一個包含50個量子比特的量子計算機，會比包含50個比特的傳統(tǒng)計算機快1000萬億倍?！?/p>

具體到實際應(yīng)用場景，潘建偉給出了更直觀的例子：“如果要對一個300位的大數(shù)進(jìn)行質(zhì)因數(shù)分解，使用每秒運算萬億次傳統(tǒng)計算機可能需要三萬年，而使用同樣運算速率的量子計算機可能只需要0.1秒。”這種指數(shù)級的算力提升，將徹底改變密碼學(xué)、材料科學(xué)、藥物研發(fā)等多個領(lǐng)域的技術(shù)格局。

中國在量子計算領(lǐng)域的標(biāo)志性成果之一是“九章”光量子計算原型機。潘建偉介紹：“得益于在光量子計算領(lǐng)域的長期研究，我們近期完成了‘九章’光量子計算原型機的研制。在特定問題上，其計算速度比最快的超級計算機快多個數(shù)量級。按照目前的發(fā)展，使用最優(yōu)算法，還有幾個數(shù)量級的提升空間?！倍诹硪徊⑿械奈锢眢w系，潘建偉團(tuán)隊實現(xiàn)的“祖沖之號”超導(dǎo)量子計算處理器也多次創(chuàng)造“量子計算優(yōu)越性”的世界紀(jì)錄?！熬耪隆焙汀白鏇_之號”的實現(xiàn)，使得我們成為率先在兩種物理體系都達(dá)到“量子計算優(yōu)越性”里程碑的國家，牢固確立了國際第一方陣地位。

他同時透露了近期目標(biāo)：“在短期內(nèi)實現(xiàn)專用量子模擬機，來嘗試解決經(jīng)典計算機難以處理的重要科學(xué)問題。這個領(lǐng)域目前正處于一個非?；钴S的發(fā)展階段?！?/p>

關(guān)于產(chǎn)業(yè)化，潘建偉以個人電腦和手機的發(fā)展類比：量子計算將先在科研單位應(yīng)用，隨著量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，20—30年后可能廣泛應(yīng)用。他特別提到“盲計算”場景：用戶可將問題編碼為量子態(tài)傳至計算終端，終端無法讀取問題卻可輸出結(jié)果，保護(hù)隱私。

殺手級應(yīng)用方面，第一個將是密碼破解。國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界普遍預(yù)期，能夠破解1024位RSA公鑰密碼的量子計算機將在2035年前后誕生，隨后將在制藥、材料設(shè)計等領(lǐng)域發(fā)揮價值。長遠(yuǎn)看，人工智能對算力的巨大需求可能使量子計算成為其關(guān)鍵支撐。

當(dāng)前量子計算面臨的主要挑戰(zhàn)是容錯問題。潘建偉表示：“整個量子計算領(lǐng)域最受關(guān)注的可能是容錯量子計算的突破。第一個相關(guān)實驗驗證由中國團(tuán)隊完成，而2023年國際上也有新的進(jìn)展?！?/p>

03

量子互聯(lián)網(wǎng)：三位一體的未來生態(tài)

量子技術(shù)的終極愿景是構(gòu)建全新的信息基礎(chǔ)設(shè)施——量子互聯(lián)網(wǎng)。潘建偉表示：“我們的總體目標(biāo)是希望把現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)升級成為量子互聯(lián)網(wǎng)?！边@一升級不是簡單替換，而是構(gòu)建感知、傳輸、處理三位一體的全新體系。

他詳細(xì)闡述了這一體系：“首先是感知——我們叫它量子傳感，對物理世界所發(fā)生的事情，感知的精確程度可以大幅度提高。當(dāng)你收到信息之后，要知道這個世界到底發(fā)生了什么事情，就要把這些信息安全地傳輸?shù)教幚淼慕K端。傳輸過程中要用到量子通信，把信息獲取之后通過量子通信的手段安全、高效地傳遞到數(shù)據(jù)中心的處理終端。要對這么大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，傳統(tǒng)計算機無法處理得過來，這就需要用到量子計算機?！?/p>

在這一體系中，中國已經(jīng)取得了一系列突破。在量子傳感方面，潘建偉透露：“我們研制的量子時鐘精度已經(jīng)在地面達(dá)到相當(dāng)于200億年的誤差不超過1秒的水平。三年前，我們在新疆進(jìn)行的地面實驗證明了將精密的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)目尚行?。這將為構(gòu)建廣域高精度光頻標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，為時間單位‘秒’的重新定義奠定基礎(chǔ)”此外，量子精密測量技術(shù)在時間、重力、磁場等領(lǐng)域的應(yīng)用，將推動計量科學(xué)的根本變革。

潘建偉提出構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的“三步走”戰(zhàn)略：

第一，構(gòu)建天地一體的量子通信網(wǎng)絡(luò)?！拔磥淼幕ヂ?lián)網(wǎng)首先肯定得通信，安全傳遞目前基本達(dá)成，但高效傳遞，會在5—10年能夠達(dá)到。”

第二，發(fā)展可容錯的通用量子計算機。“通過5—10年的努力，能夠把量子計算容易算錯的缺點給克服掉，那么到10—15年的時間里面就有可能來實現(xiàn)可容錯的通用量子計算機，但也許需要20年，因為科學(xué)的路上很多事情的發(fā)展都是出乎預(yù)料的?！?/p>

第三，推動量子傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用?！鞍蚜孔觽鞲械募夹g(shù)用到方方面面，比如在時間的感知或者時間的測量方面、重力的測量、長度的測量等等，能夠以更好的方式來感知世界。把目前基于實物的計量方法，全面轉(zhuǎn)移到量子計量的方法。”

04

量子與人工智能的融合未來

量子技術(shù)的終極影響可能體現(xiàn)在與人工智能的深度融合上。當(dāng)被問及通用人工智能（AGI）時代和量子時代哪個會先到來時，潘建偉展現(xiàn)了跨領(lǐng)域的深刻思考：“人工智能現(xiàn)在進(jìn)步很大，卻還有很多未知，而且需要巨大算力和巨大能耗。比如訓(xùn)練一段時長僅為一分鐘的短視頻所消耗的能量，如果按火電計算，大概會產(chǎn)生相當(dāng)于一架波音747繞地球飛行十圈以上的碳排放。通用人工智能到來后，耗電量會非常大，沒有量子計算的進(jìn)步，可能很難廣泛應(yīng)用?！?/p>

他明確指出了兩者的共生關(guān)系：“兩者不是誰先到來的關(guān)系，而是相輔相成——即便通過算法優(yōu)化降低耗電量，也很難無限制下降，量子計算的進(jìn)展則會更好推動通用人工智能早日廣泛應(yīng)用?！?/p>

潘建偉引用了圖靈獎得主姚期智教授的觀點：“自然界有兩大杰作：第一個是通過幾十億年進(jìn)化，產(chǎn)生出具有高度智慧的人類；第二個則是自然界揭示出的最深刻的物理規(guī)律——量子力學(xué)。通過學(xué)習(xí)和掌握量子力學(xué)規(guī)律，我們可以研究量子計算；而量子計算又能為人工智能提供強大的算力?！?/p>

潘建偉展望了這種深度融合可能帶來的革命性變化：“在未來，如果將量子計算與人工智能深度融合，或許能夠幫助我們理解甚至創(chuàng)造出新的智能形式。這種智能有可能超越自然緩慢進(jìn)化所產(chǎn)生的智慧?！边@一愿景不僅指向技術(shù)突破，更觸及了智能本質(zhì)的哲學(xué)問題。

05

擁抱量子時代

潘建偉的演講為商界領(lǐng)袖提供了理解量子技術(shù)的清晰框架和實用時間表。從近期可實現(xiàn)的量子安全通信，到中期的專用量子模擬應(yīng)用，再到遠(yuǎn)期的量子互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)，量子技術(shù)將逐步滲透到經(jīng)濟(jì)社會的各個層面。

對于企業(yè)而言，量子時代意味著全新的機遇和挑戰(zhàn)：金融行業(yè)需要準(zhǔn)備應(yīng)對量子計算對傳統(tǒng)密碼的威脅；制藥和材料公司可以期待量子計算加速研發(fā)進(jìn)程；通信企業(yè)將面臨網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的升級需求；而所有依賴數(shù)據(jù)安全的企業(yè)都需要評估量子通信技術(shù)的應(yīng)用價值。

潘建偉給年輕科學(xué)家的建議同樣適用于企業(yè)和投資者：“一輩子能做的事很少，趁年輕挑準(zhǔn)感興趣的方向，幾十年如一日深耕，或許會有好的結(jié)果?！痹诹孔蛹夹g(shù)這一需要長期投入的領(lǐng)域，持續(xù)性和耐心可能比短期靈活性更為重要。

中國在量子科技領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢來之不易，它建立在像潘建偉這樣的科學(xué)家近三十年堅持不懈的基礎(chǔ)上，也建立在對科技自立自強戰(zhàn)略的堅定執(zhí)行上。隨著天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)的完善、量子計算原型機的迭代、量子精密測量技術(shù)的突破，中國不僅為全球量子產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)方案，更在塑造未來信息基礎(chǔ)設(shè)施的全球競爭中占據(jù)了有利位置。

量子時代的大門已經(jīng)開啟。那些能夠理解這一技術(shù)變革的深度、把握其發(fā)展節(jié)奏、并提前布局的企業(yè)和國家，將在新一輪科技革命中占據(jù)先機。潘建偉的演講不僅展示了中國量子科技的成就，更為所有關(guān)注未來的人提供了導(dǎo)航量子時代的路線圖。在這個充滿不確定性的世界中，至少有一點是確定的：量子技術(shù)將重新定義下一個十年的技術(shù)格局，而中國正在這場變革中扮演關(guān)鍵角色。