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“量子優越性”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“量子計算優越性”，這一突破也使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。

即便是和全球第一個實現“量子優越性”（也有媒體稱之為“量子霸權”）的“懸鈴木”（谷歌公司開發）相比，“九章”具有運算速度更快、環境適應性更強、克服技術漏洞這三大優勢。“懸鈴木”只有在小樣本的情況下快于超算，“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。”與潘建偉一起研發“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。”潘建偉說。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，不少業內人士認為，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。

據悉，“九章”的原型是通過我國自主創新的量子光源、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了50公里的量子糾纏。

構建全球化量子網絡并在此基礎上實現量子通信是量子信息研究的終極目標之一。基于衛星的自由空間信道可以實現廣域大尺度覆蓋，但地面覆蓋普遍認為還是需要通過光纖網絡。

但是，光信號在光纖內呈現指數衰減，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。潘建偉及其團隊經過創新，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》發表了潘建偉團隊的一項新突破——在國際上首次實現千公里級基于糾纏的量子密鑰分發。

量子密鑰分發，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，現場點對點光纖量子密鑰分發的安全距離只有百公里量級，若想實現千公里級，就需要依靠衛星。

但是，如果把衛星作為中繼節點，萬一衛星被第三方挾持，其發送的密鑰信息就可能被泄露。而潘建偉團隊讓衛星作為糾纏源，只負責分發糾纏，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，仍可以產生安全的密鑰。

雖然目前的成果還屬于原理演示，但已經讓量子通信距離完全不可破解的現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，也無法在上面發表一篇論文。但潘建偉不僅在這兩本期刊發論文發到手軟，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》，與倫琴發現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，到現在也沒有完全搞清楚。正因為還沒搞明白，所以我可以繼續研究。”

2020年7月9日，潘建偉參與創建的國盾量子（688027.SH）正式登陸科創板，成為國內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數據顯示，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？

（本文刊發于《中國經濟周刊》2020年第24期）