郭光燦:"我們靠自己做出了一個可實際應用的量子計算機"

作者:糾纏實驗室

您認為中國量子資訊在國際的地位是什麼?

郭光燦:整體是第一梯隊的水平,美國、歐洲、日本跟我們大概同一個水平。具體地說,有的領域有的具體的專案我們做的比較好。

比如量子儲存,我們的量子儲存存了一個小時,把相干光存了一個小時,這是目前國際上現在儲存時間最長的,遠遠超過國外的水平

。我們所做的光腔密碼,我們做到了沒有中繼做到830公里。這是世界上現在最長的光纖通訊,這是國際第一。

但是這些“第一”,不等於我們整個領域已經在國際上領先了。量子資訊還有很多其他方面,像量子計算、量子密碼、量子感測,量子通訊、量子模擬等,每個小的領域又有很多很多的具體專案,我們在某些具體專案上,像我剛剛舉得兩個例子,我們水平達到了國際最好,但是不等於我們整體已經世界領先。可以說,整體上我們處在國際上第一梯隊。

郭光燦:"我們靠自己做出了一個可實際應用的量子計算機"

距離實現通用量子計算機還有多久?

郭光燦:我相信早晚能做到。究竟要花多長時間,我們能夠把通用量子計算機做出來,而做出來的量子計算機可以解決電子計算機解決不了的問題,這大概還需要10到15年的時間。

目前,量子計算機已經發展的很快了,尤其是最近這五年,量子計算機已經發展的特別快了,快到什麼地步呢?在某些特殊問題上,它的算力可以超過目前世界上最好的超算中心,這個就叫做“量子霸權”。“量子霸權”的意思就是,在一些特殊問題上,量子計算機處理資料的能力比任何超算中心的算力都強,這方面現在也已經可以演示了。但是這個特殊問題呢,對於現在來說,好像並沒有什麼用處,因此它就像是一個玩具。儘管如此,還是可以說明量子計算機處理資料的能力可以達到這個水平。那麼達到這個水平之後,它到底能不能用,這是大家都很關注的。最近幾年,大家都感覺到可以用的。

我們把量子計算機和電子計算機融合在一起,去解一個問題,這個問題的解答在電子計算機的領域需要很長時間,我把量子計算機加進來以後,兩種計算機一起來做,就可以提高解決問題的速度,所以這個就證明了量子計算機是有用的。所以在相當長的一段時間裡,在通用計算機沒有做出來以前,我們的量子計算機可以用到很多領域。它的作用就是提速,提高你原來算題的速度,所以量子提速就是量子計算機現在應用的一個模式。我(量子計算機)不能離開電子計算機,我(量子計算機)也不會替代你,但是我(量子計算機)跟你融合,讓你(電子計算機)加快。這就是現在的應用狀況。

您科研生涯中最有價值的工作是什麼?

郭光燦:一方面就是我們的科研就必須去探索自然的奧秘,讓人類積累更多對自然界的認識。第二個方面就是應用。把我們對自然界的認識用到人類社會中,來推動人類社會的發展。第一方面,我認為印象最深刻的就是,我們在實驗上同時測量到光子的波動性和粒子性,否定了玻爾的互補原理。我認為這是一個最重要的成果。因為從量子力學誕生於以後,為什麼有波粒二象性,玻爾有一個原理解釋這個現象,叫做“互補原理”。多少年來,實驗上都證明了“互補原理”是對的。我們在給學生上課的時候,也是講“互補原理”,用來解釋波粒二象性。波粒二象性是客觀存在的,玻爾的理論就是解釋這個現象產生的原因,他的解釋就是互補原理,但這個解釋是不對的。現在我們用量子發現我們可以同時測量到光子的量子性和粒子性。那玻爾的互補原理是說,要麼測量波動性,要麼測量粒子性,絕對不可能在實驗上看到波動性和粒子性,而我們看到了。因此,對於這個基礎研究,我們突破了人類對自然界的認識,這也是對科學認識的一個貢獻。

第二方面,對於人類發展有用的技術,我認為表現在這幾個方面。第一是把量子儲存做到一個小時,為將來做量子優盤提供了一個非常重要的基礎。

把這個優盤送到任何一個地方,等於就是把量子資訊用經典的手段送到一個地方,提供了一種新的傳輸資訊的手段。這個目前我們在國際上做的是最好的。

第二就是光纖通訊的保密通訊。密碼傳輸,現在量子中繼還沒有做出來,所以單光子的傳遞金鑰最多在100公里,所以在100公里這個範圍裡,我們來做保密通訊,目前已經成熟。但是超過100公里得等量子中繼做出來,或者量子優盤做出來才可以。目前,我們就在單根光纖裡就單個光纖路上,不需要量子中繼,我們就能夠拉長,做到了最長的是830公里,這是目前世界上最長的距離,這就為保密通訊拉長到了800多公里,這也比以前的500多公里超越很多。這方面我們也是領先的。

第三就是我們和美國相比,量子計算機的發展落後幾年,但是我們自己已經開始在做了。做出了一個可以實際應用的量子計算機,包括硬體、軟體、作業系統,在這個領域我們可以說,打破了國外的封鎖。國外是不會在量子計算機方面給我們提供任何有用的技術支援,而且還會在各方面加以限制。我們靠著自己的能力找到一個可以實際應用的量子計算機,我認為這是比較關鍵性的一步。

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