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潘建伟:中国“量子之父”

虽然科研方面的“中国诺贝尔奖第一人”被屠呦呦拿下,但有不少人预测:潘建伟将来也会拿下诺奖。

《中国经济周刊》 记者  周琦

2020年年底,一则科技大新闻登上全球热搜。中国量子计算机“九章”后来居上,计算能力远远超过了美国谷歌的“悬铃木”。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家,也将全球量子计算研究推向下一个里程碑。

“九章”成为世界级重大科研成果,也让被媒体誉为中国“量子之父”的中国科技大学教授、中科院院士潘建伟成为“顶流明星”。

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200秒与6亿年

由潘建伟、陆朝阳等学者组成的研究团队与中国科学院上海微系统所与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建了76个光子的量子计算原型机“九章”。

处理5000万个样本的高斯玻色取样问题,“九章”只需200秒,而目前世界上最快的超算则需要6亿年;处理100亿个样本,“九章”需10个小时,超算则需要1200亿年。

这是我国首次实现“量子计算优越性”,这一突破也使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

即便是和全球第一个实现“量子优越性”(也有媒体称之为“量子霸权”)的“悬铃木”(谷歌公司开发)相比,“九章”具有运算速度更快、环境适应性更强、克服技术漏洞这三大优势。“悬铃木”只有在小样本的情况下快于超算,“九章”则在小样本和大样本上都超过了超算。

“好比赛跑,谷歌的机器短跑能跑赢超算,长跑跑不赢;我们的机器短跑、长跑都能跑赢。”与潘建伟一起研发“九章”的中科大教授陆朝阳说。

“希望通过15年到20年的努力,研制出通用的量子计算机,这样它就可以用来解决很多非常广泛的问题。”潘建伟说。随着计算能力的进一步提升,量子计算机将有望在密码破译、材料设计、药物分析等具有实用价值的领域发挥重要作用。

更关键的是,“九章”量子计算机成功问世后,不少业内人士认为,中国一直被“卡脖子”的芯片、光刻机等技术难题,或许有了新的解决思路。

据悉,“九章”的原型是通过我国自主创新的量子光源、量子干涉、单光子探测器等构建,使用的是光子,与使用硅基芯片的传统计算机完全不同。有不少人提出,若未来使用光子、离子、原子等的通用量子计算机问世,上述问题将迎刃而解。

距“不可破解”一步之遥

其实,不仅是此次的“九章”,回顾2020年,潘建伟及其团队还有很多世界领先的创新。

2月12日,潘建伟、包小辉及其他团队同事在实验室中实现了50公里的量子纠缠。

构建全球化量子网络并在此基础上实现量子通信是量子信息研究的终极目标之一。基于卫星的自由空间信道可以实现广域大尺度覆盖,但地面覆盖普遍认为还是需要通过光纤网络。

但是,光信号在光纤内呈现指数衰减,50公里光纤中光信号将衰减至十亿亿分之一,使得量子通信无法实现。潘建伟及其团队经过创新,使得上述光信号在50公里的光纤中仅衰减至百分之一以上。

6月15日,《自然》发表了潘建伟团队的一项新突破——在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。

量子密钥分发,是利用量子通信的方式,让通信双方拥有共同的密钥。在此前的研究中,现场点对点光纤量子密钥分发的安全距离只有百公里量级,若想实现千公里级,就需要依靠卫星。

但是,如果把卫星作为中继节点,万一卫星被第三方挟持,其发送的密钥信息就可能被泄露。而潘建伟团队让卫星作为纠缠源,只负责分发纠缠,不掌握任何密钥信息。这样一来,即使纠缠源来自不可信的第三方,只要用户间能检测到量子纠缠,仍可以产生安全的密钥。

虽然目前的成果还属于原理演示,但已经让量子通信距离完全不可破解的现实应用只剩一步之遥。

身家超过27亿元

《自然》与《科学》,这两本国际顶尖的学术期刊,很多科研人员穷其一生,也无法在上面发表一篇论文。但潘建伟不仅在这两本期刊发论文发到手软,甚至还能与伦琴、爱因斯坦等科学伟人比肩。

他的论文《实验量子隐形状态》,与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等影响世界的重大研究,被《自然》选为百年物理学21篇经典论文。

作为中国量子技术研究的领军人物,潘建伟潜心科研20多年,将中国从量子信息技术一穷二白的地步发展到领跑全球频频刷新世界纪录的高度。

不过,在谈到量子物理时,潘建伟却笑言,“我研究量子20多年,到现在也没有完全搞清楚。正因为还没搞明白,所以我可以继续研究。”

2020年7月9日,潘建伟参与创建的国盾量子(688027.SH)正式登陆科创板,成为国内外首个独立上市的量子通信科技公司。

12月24日,国盾量子的收盘价位228.68元/股,较其发行价36.18元/股上涨了5倍多。当日国盾量子的总市值达到183亿元。

Wind数据显示,截至2020年9月30日,潘建伟持有国盾量子15.19%股权。以此计算,潘建伟持有的上述股权价值超过27亿元。

不过,更受关注的是潘建伟获得诸多国内外知名奖项。

2020年4月,潘建伟获得2020年度蔡司研究奖,成为首次获得该奖项的中国科学家。1990年以来,蔡司研究奖在世界范围每两年评选一位科学家,其中有4位获奖者之后获得诺贝尔奖。

潘建伟会是下一个吗?

(本文刊发于《中国经济周刊》2020年第24期)


2020年第24期《中国经济周刊》封面

2020年第24期《中国经济周刊》封面

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