潘建偉：中國“量子之父”

周琦

2020年年底，一則科技大新聞登上全球熱搜。中國量子計算機“九章”后來居上，計算能力遠遠超過了美國谷歌的“懸鈴木”。這一突破使我國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家，也將全球量子計算研究推向下一個里程碑。

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

200秒與6億年

由潘建偉、陸朝陽等學者組成的研究團隊與中國科學院上海微系統(tǒng)所與信息技術研究所、國家并行計算機工程技術研究中心合作，構建了76個光子的量子計算原型機“九章”。

處理5000萬個樣本的高斯玻色取樣問題，“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100億個樣本，“九章”需10個小時，超算則需要1200億年。

這是我國首次實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”，這一突破也使我國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

即便是和全球第一個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”（也有媒體稱之為“量子霸權”）的“懸鈴木”（谷歌公司開發(fā)）相比，“九章”具有運算速度更快、環(huán)境適應性更強、克服技術漏洞這三大優(yōu)勢?！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了超算。

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

“希望通過15年到20年的努力，研制出通用的量子計算機，這樣它就可以用來解決很多非常廣泛的問題?！迸私▊フf。隨著計算能力的進一步提升，量子計算機將有望在密碼破譯、材料設計、藥物分析等具有實用價值的領域發(fā)揮重要作用。

更關鍵的是，“九章”量子計算機成功問世后，不少業(yè)內(nèi)人士認為，中國一直被“卡脖子”的芯片、光刻機等技術難題，或許有了新的解決思路。

據(jù)悉，“九章”的原型是通過我國自主創(chuàng)新的量子光源、量子干涉、單光子探測器等構建，使用的是光子，與使用硅基芯片的傳統(tǒng)計算機完全不同。有不少人提出，若未來使用光子、離子、原子等的通用量子計算機問世，上述問題將迎刃而解。

距“不可破解”一步之遙

其實，不僅是此次的“九章”，回顧2020年，潘建偉及其團隊還有很多世界領先的創(chuàng)新。

2月12日，潘建偉、包小輝及其他團隊同事在實驗室中實現(xiàn)了50公里的量子糾纏。

構建全球化量子網(wǎng)絡并在此基礎上實現(xiàn)量子通信是量子信息研究的終極目標之一?；谛l(wèi)星的自由空間信道可以實現(xiàn)廣域大尺度覆蓋，但地面覆蓋普遍認為還是需要通過光纖網(wǎng)絡。

但是，光信號在光纖內(nèi)呈現(xiàn)指數(shù)衰減，50公里光纖中光信號將衰減至十億億分之一，使得量子通信無法實現(xiàn)。潘建偉及其團隊經(jīng)過創(chuàng)新，使得上述光信號在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)表了潘建偉團隊的一項新突破——在國際上首次實現(xiàn)千公里級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)場點對點光纖量子密鑰分發(fā)的安全距離只有百公里量級，若想實現(xiàn)千公里級，就需要依靠衛(wèi)星。

但是，如果把衛(wèi)星作為中繼節(jié)點，萬一衛(wèi)星被第三方挾持，其發(fā)送的密鑰信息就可能被泄露。而潘建偉團隊讓衛(wèi)星作為糾纏源，只負責分發(fā)糾纏，不掌握任何密鑰信息。這樣一來，即使糾纏源來自不可信的第三方，只要用戶間能檢測到量子糾纏，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)實應用只剩一步之遙。

身家超過27億元

《自然》與《科學》，這兩本國際頂尖的學術期刊，很多科研人員窮其一生，也無法在上面發(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、愛因斯坦等科學偉人比肩。

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

作為中國量子技術研究的領軍人物，潘建偉潛心科研20多年，將中國從量子信息技術一窮二白的地步發(fā)展到領跑全球頻頻刷新世界紀錄的高度。

不過，在談到量子物理時，潘建偉卻笑言，“我研究量子20多年，到現(xiàn)在也沒有完全搞清楚。正因為還沒搞明白，所以我可以繼續(xù)研究?！?/p>

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

12月24日，國盾量子的收盤價位228.68元/股，較其發(fā)行價36.18元/股上漲了5倍多。當日國盾量子的總市值達到183億元。

Wind數(shù)據(jù)顯示，截至2020年9月30日，潘建偉持有國盾量子15.19%股權。以此計算，潘建偉持有的上述股權價值超過27億元。

不過，更受關注的是潘建偉獲得諸多國內(nèi)外知名獎項。

2020年4月，潘建偉獲得2020年度蔡司研究獎，成為首次獲得該獎項的中國科學家。1990年以來，蔡司研究獎在世界范圍每兩年評選一位科學家，其中有4位獲獎者之后獲得諾貝爾獎。

潘建偉會是下一個嗎？

（本文刊發(fā)于《中國經(jīng)濟周刊》2020年第24期）