“有人宣传说量子什么技术马上可以走进千家万户，这是不对的，量子技术距离真正的应用还早。”11月15日，中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室主任郭光灿在“中国高新技术论坛——颠覆性创新技术主题论坛”上就量子计算机相关主题发表的演讲中提到，近几年量子信息“炒作太过分”。

郭院士在“中国高新技术论坛”讲量子计算

“量子世界确实神奇，但经过某些媒体、个别学者炒作以后，把量子信息弄得非常火，什么灵魂、宗教这些自然界搞不清的都可以归结于量子纠缠，这是不对的。”事后，郭光灿对小编说，“后来有记者采访我，我当时讲得不多，但我想强调的主要观点是，量子信息是科学，不是玄学！科普不应当是科幻。”

“超光速信息传输”和“瞬移”，量子技术做不到

“从经典工具迈进到量子工具新时代、从经典时代迈进量子时代，这是量子信息诞生的重大意义。但是，尽管量子时代的前景非常辉煌，但是它的路很漫长。”郭光灿说，“量子技术可以给人类带来什么？不能做什么？有哪些潜在的应用？哪些是非科学的玄学？必须讲清楚。随着人们研究得不断深入，可用的量子技术会不断开拓出来。”

其中，量子计算机是“可用的量子技术中最重要的”。但是，他在讲量子计算机之前，讲到了量子技术的两点“肯定做不到”：

第一，量子世界不存在“超光速的信息传输”；

第二，量子信息不可能把人瞬时地从一个地方传送到另一个地方。

人们对‘超光速的信息传输’的误导，源于量子纠缠。量子纠缠非常奇异：A、B两个纠缠粒子，对其中一个粒子的‘测量’便瞬时引起另一个粒子的状态发生变化。这种瞬时的变化被认为是‘超光速的通信’，被认为是‘幽灵般地超距效应’。

其实，和经典世界一样，量子世界并不存在超光速的信息传输。那么‘幽灵’究竟是什么？事实是，两个纠缠粒子之间的瞬时变化无需（未发生）任何信息的传递，真实的物理原因是它们的‘量子关联’，量子关联是产生这个现象的本质因素。

所谓量子信息技术可以把人瞬移到另外一个地方——从深圳去纽约不用买飞机票，用量子技术‘瞬移’——这只存在于科幻电影里。

“可以负责任地说，量子技术肯定做不到，这不是技术达不到，而是原理不通、是原理性做不到。”郭光灿说：“把科学幻想和神话当成科学知识来传播，是将量子力学妖魔化，这会造成很大不良影响。我在‘中国科普博览’网站上发表了《量子十问》，解答了包括这两个谬误在内的一系列疑问。”

量子计算机最大的不同：并行运算能力

谈到量子计算机，郭光灿院士首先提到了“摩尔定律的终结”。

“一旦摩尔定律终结了，什么技术能继续提高计算机的运算速度？量子计算技术。量子计算机与经典计算机的最大不同，是来自于量子世界特性的并行运算能力。量子计算机就是靠并行运算能力来加速运算速度的。”

一位名叫Peter·Shor的美国数学家提出了一种可以求解大数质因子分解的算法——被称为“Shor算法”，这种方法可以破解当前已被广泛使用的公开密钥加密方法（RSA加密）。但是这种算法要想分解一个位数较多的大数也是非常困难的。

郭光灿举例说，比如要分解一个129位大数的质因数，有科学家曾用1600台计算机花了8个月的时间才分解成功——这也正是这一加密方法被广泛应用的原因。但是一旦量子计算机研制成功，几秒钟就能破解。

也就是说，“一旦量子计算机研制成功，现在广泛使用的公开密码体系全部会被破解。”郭光灿说，最近美国已经宣布要把现有的公开密钥分期分批淘汰，这也是因为“量子计算机的实现已不再是遥遥无期了”。

量子计算机研制出来之前，密码体系仍然安全

“经典计算机跟量子计算机相比，就好像算盘跟经典电子计算机相比一样。因此，一旦通用的量子计算机问世，人类社会将会经历天翻地覆的变化。”郭光灿表示。

中国量子芯片“超导路线”远远落后

美国自90年代初就布局了量子计算机的研究，如今逐步聚焦到半导体量子芯片和超导固态体系。郭光灿介绍说，目前这两个领域的进展各有千秋。

超导体系方面——

“超导固态体系的好处是可扩展，缺点是量子相干性非常脆弱——如果量子计算机还没来及解决问题（量子相干性）就被破坏掉，那么运算就失败了。因此，（对于超导路线）量子容错是一个关键问题。”

半导体量子芯片方面——

“国际上目前已制备出三个比特的半导体量子芯片。我们（中科院量子信息重点实验室）从2010年起步，目前也已经做到三个量子比特，基本上达到国际的水平。半导体路线，虽然有进展，但是离终点还很远。”

“但在超导量子芯片方面，国际上比较领先，相干时间已经延长到100微秒，量子比特数做到了十几个，而国内在超导路线上远远落后。”郭光灿说。

量子计算机概念图

国际上的研发趋势

美国：2017年7月22日，美国总统科学技术办公室发布文件称：

“预计几十个量子比特、可供早期量子计算机科学研究的系统可望在5年内实现。”

欧洲：2017年5月17日，于荷兰阿姆斯特丹举办的欧洲量子会议上，欧盟委员会发布《量子宣言》，宣布将支持一项十亿欧元的量子技术旗舰计划。

《宣言》对量子计算机的研制做了详细部署，他们计划

5年内，发展量子计算机新算法；5~10年，“用大于100物理量子比特、有特定用途的量子计算机解决化学和材料科学难题”，并使研制出的通用量子计算机“超过传统计算机的计算能力”。

澳大利亚：2017年年初，宣布成立了硅基半导体量子计算国家实验室。

近年来澳大利亚专注于硅基、磷掺杂的量子计算方案，集中力量做硅基半导体芯片，最近跟法国联合起来，共同开发硅基量子计算机。

与此同时，以谷歌、IBM、微软等为代表的巨头科技公司都成立了量子计算机研发中心。

谷歌公司2014年迎来了加州大学圣巴拉拉分校的知名物理学家约翰·马提尼斯研究组的加盟，并在2015年宣布已经做出了9个量子比特的超导量子芯片，他们的目标是49个（2017年被传出达到72个但未被验证）；

IBM2014年宣布耗资30亿美元研发下一代芯片，主要是量子计算和神经计算。2016年已经发布了5个量子比特的量子计算云服务，其目标是50个量子比特。

关于“量子霸权”的解读：即便实现也有限

加州理工学院理论物理学家John Preskill曾提出“quantum supremacy”（被译作“量子霸权”），用以表达一旦研制成功，“量子计算机将拥有传统超级计算机所不具有的能力”。

许多业内人士认为，“量子霸权”的译法并不妥当，因为“quantum supremacy”词组的意思只和计算理论相关，和任何具体国家和企业无关，只是强调量子计算和经典计算之间的比较。

研究表明当量子计算机的芯片量子比特超过49个，量子计算机的能力将让超级计算机望尘莫及。但后来发现，经典超级计算机甚至能够模拟65个量子比特的量子计算机的功能，所以“quantum supremacy”的起步设置为超过49个已经不能满足。

对此，郭光灿表示：“要实现quantum supremacy，量子芯片的量子（逻辑）比特数起码要达到100个左右，也就是说做到经典计算机没有办法超越的水平可能要到100个逻辑比特左右。”

不过，郭光灿认为，即使实现了‘量子霸权’其应用也是非常有限：“只能用于功能比较低级的应用，而且是专用机不是通用机。”

“通用量子计算机就是能够解决所有问题的，专用机是在相干时间内处理特定任务。 IBM有可能在3~5年做出第一个产品，但是即便做出来也仍是一个功能很低级的专用机。”

但是，专用机尽管低级，其五脏俱全。“就像电子计算机普及以前，电子计算器先普及一样，功能很差但是它是数据运算很全。将来有可能先是量子计算器产品上市，这是大概的状态。”郭光灿认为，未来率先上市的可能是“量子计算器”。

量子计算机的研制是一项极其复杂的系统工程

不过，郭光灿提醒说，量子计算机的研制是一个复杂的工程问题，所涉及的硬件问题包括量子芯片、操控系统、测量系统等的研发以及用于制备量子芯片的材料等；软件包括量子编码、量子软件、量子系统的结构等。

“总之，量子计算机的主要困难，除了量子芯片的量子比特数要达到一定数量（可实用的量子计算机可能至少需要1000个物理量子比特）之外，还要求量子相干时间足够长，这需要采用量子纠错和容错技术，然而这两项技术都很难实现。”郭光灿说，虽然理论上能够解决，但做起来极其困难。

简而言之，量子计算机从理论上来说或许不存在根本性的障碍，但是具体实现上有很多技术和工程难题。比如量子相干性的保持与量子比特的操控和集成之间的平衡问题，量子测控系统和量子芯片的互联和自适应问题以及量子比特的纠错与容错，更多量子算法和量子软件的开发问题等。

并且，这些看似工程技术性质的问题，倒过来其实可能又需要从基本理论方面进行创新才能解决。

可以总结为，量子计算机的研制和开发既包括基础原理的研究和论证，也需要大量的工程技术积累。并且随着时间的推移，工程技术工作所占的比率和重要性都会迅速增大。

正如人们所知，如果可以实现，量子计算机的强大之处在于，每增加一个逻辑比特控制，量子计算机的计算能力将会得到指数级的提升。而问题在于，为了保持体系的稳定性（量子相干性），增加一个与全局量子比特相干的新量子比特的难度也不是线性的，大致也是指数级的。

“所以要确保量子计算机任务完成，相干时间需要足够长，每次操作时间就要足够快。”郭光灿说，如果（研制）专用机，可以先把容错纠错难点放在一边，追求比特数，比特数做到一定程度，就能够比电子计算机更快的解决特定的问题。

“这个比特数大概是50~100才可以达到量子霸权，这个就是量子计算机的发展情况。”郭光灿说。他还介绍称，中科院量子信息技术实验室成立了一个“本源量子”公司，目标是量子计算机的研制。现在本源量子公司的平台上会普及一些量子计算机的基本知识，并指导人们如何操作，怎么用经典来模拟量子比特。