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瞭望 |《瞭望》专访中国科学院院士郭光灿:中国量子计算研发进入第一阵营,应用落后了吗?

现在,郭光灿的研究重心是量子计算机市场化。这个会扩大了量子光学的影响,并确定今后每两年开一次会。我国的量子计算研发处于国际第一阵营,但在应用环节,目前尚未形成良好机制。主要是因为前期投入较大,可能高达几千万元甚至上亿元,而我国尚没有类似的产业联盟分摊成本,影响了量子计算机的应用。二是组建同类企业产业联盟,建立行业的量子计算机应用中心。但目前能做量子计算机的还是少数,建议在高校布局量子科技本科专业,

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现在,郭光灿的研究重心是量子计算机市场化。这个会扩大了量子光学的影响,并确定今后每两年开一次会。我国的量子计算研发处于国际第一阵营,但在应用环节,目前尚未形成良好机制。主要是因为前期投入较大,可能高达几千万元甚至上亿元,而我国尚没有类似的产业联盟分摊成本,影响了量子计算机的应用。二是组建同类企业产业联盟,建立行业的量子计算机应用中心。但目前能做量子计算机的还是少数,建议在高校布局量子科技本科专业,有针对性地培养应用环节人才。

当下的量子信息开始从实验阶段走向市场阶段,开启了另一种模式、另一种生态的竞争

如果国外生态一直优于我们,那么我们在应用领域的差距就会被拉大,有可能影响未来量子计算产业的发展

文 |《瞭望》新闻周刊记者徐海涛 周畅 陈诺

20世纪80年代,郭光灿率先将量子光学理论体系引入国内,并身体力行推进相关研究和教育工作。此后,他在国内最早将目光投向量子信息领域,并承担国家“973计划”项目,为中国的量子信息研究与国际同行并驾齐驱作出贡献。

现在,郭光灿的研究重心是量子计算机市场化。这位中国科学院院士、中国科学技术大学教授告诉《瞭望》新闻周刊,量子计算机只有在应用中发现问题、创造应用场景并及时反馈给研发端,产业才能迭代发展,量子计算的发展需要良好应用机制。

瞭望 |《瞭望》专访中国科学院院士郭光灿:中国量子计算研发进入第一阵营,应用落后了吗?

2021年10月30日,郭光灿院士(左三)团队在做离子阱实验 钱建豪摄

把量子光学落后的20年追回来

《瞭望》:你是国内最早一批关注量子研究的科研工作者,你为何会关注这个领域?

郭光灿:1978年,全国科学大会召开。我们迎来了一个科学的春天。

在这次大会上,我研究的“氮分子激光器的研制和应用”荣幸获奖,但我知道,氮分子激光器在国外早有研究,我只是弥补了国内空白。我想去研究一个新的领域。通过对当时前沿学科的广泛梳理,大学期间学过的量子力学映入我的眼帘。我想,假如用量子力学理论来研究光学,也就是所谓的量子光学,应该是一条新路。之后,我便开始朝着量子光学这一方向瞄准和进击。

这是我一生中最重要的选择。我认为量子光学一定有一片无限广阔的天地。我开始学习量子光学知识,但那时国内相关资料很少,能获得的信息十分有限。恰好当时有一个出国进行学术交流的机会,我以访问学者的身份前往加拿大多伦多大学,在那里,我的眼界一下子打开。我意识到,国外对量子光学的研究从20世纪60年代就已开始,而我是从20世纪80年代开始研究,换句话说,国内的相关研究已经落后了整整20年。

《瞭望》:从落后20年起步,我们的量子光学是如何追赶的?

郭光灿:在多伦多大学的两年时间里,要学习的东西非常多,因为毕竟有长达20年的漫长征程要追赶。我几乎天天泡图书馆,积累了大量有关量子光学的资料,等回国时,攒下整整一大箱复印资料。

1983年8月,我参加在美国罗彻斯特大学召开的第五届国际量子光学会议,参会的中国学者和学生共有8人,当时大家决心回国后一定要共同推进中国量子光学的学科发展。之后,我成为第一个回国的人,就想兑现诺言,把国内量子光学的“种子”播下。

1984年,我在安徽滁州召集了量子光学的会议,后来被称为“琅琊会议”。这个会扩大了量子光学的影响,并确定今后每两年开一次会。量子光学逐渐被更多人了解,慢慢发展起来。

这一年,我正式开始授课,成为第一个在国内为研究生完整开设量子光学课程的人。当时国内没有量子光学教材,我就自编教材,成为国内第一个写量子光学教材的人。这些工作,起到了普及量子光学、启蒙入门的作用。

为国家未来开启研究量子信息

《瞭望》:你是在什么契机下,从量子光学转入研究量子信息的?

郭光灿:到20世纪90年代左右,中国量子光学队伍掌握的基础理论,已经赶上我当时在加拿大访学时的国际水平,但作为一个已经相对完善的基础学科,我们很难再做出有大影响的工作。1990年,我在国外文献中读到有关量子信息的研究文章,眼前一亮,觉得这就是我要找的增长点。

一是可以把成熟的量子光学理论用到新兴的量子信息领域。二是当时国外涉足量子信息领域的人比较少,处在起步阶段,这个时候发展中国的量子信息,可以进行赶超。当初在量子光学领域与国外相差几十年需要慢慢追赶,但在量子信息领域,我们与国外相差不过几年,完全有可能弯道超车。

从那时起,我的心态也发生转变,因为量子光学是个人兴趣,量子信息则对国家未来意义重大。我开始坐起“冷板凳”进行研究,直到2001年,我受聘为国家“973计划”项目“量子通信与量子信息技术”首席科学家。

之后,我组建了一个超过50人的研究团队,把国内做相关研究的人都拉进来,历时5年取得丰硕成果,更重要的是培养了一支我国的量子信息队伍。

我们这个项目组先后产生5位院士、9位“973计划”首席科学家,起到了为我国量子信息领域打基础、扩大人才队伍的重要作用,为我国量子信息进入国际第一梯队作出贡献。

《瞭望》:现在,你的攻关方向是什么?

郭光灿:现在,量子信息开始从实验阶段走向市场阶段,开始了另一种模式、另一种生态的竞争。目前最重要的就是发展量子计算机。量子计算机现阶段可以起到提速作用,但要和经典计算机结合起来,需要相当长一段时间。

可以预见的是,量子计算机不会完全替代电子计算机。将来在生物医疗、金融、城市大脑等方面,可以用量子计算机处理,它同时有利于国家的数字安全。

量子计算发展需良好市场生态支撑

《瞭望》:我们目前面临的国际竞争形势如何?

郭光灿:目前,美国IBM公司和美国谷歌公司对量子计算通用机都有了发展的“路线图”。同时,国外的市场生态较为良好,如IBM牵头组织了140多家公司组成产业联盟,它研发的量子计算机,这些企业都会应用。只有在应用中发现问题、创造应用场景并及时反馈给研发端,产业才能迭代发展。

我国的量子计算研发处于国际第一阵营,但在应用环节,目前尚未形成良好机制。主要是因为前期投入较大,可能高达几千万元甚至上亿元,而我国尚没有类似的产业联盟分摊成本,影响了量子计算机的应用。产品只有用了之后,才会发现问题,从而不断完善优化,产品才会越来越成熟,发展才会越来越快。如果国外生态一直优于我们,那么我们在应用领域的差距就会被拉大,有可能影响未来量子计算产业发展。

《瞭望》:面对这样的竞争,你有什么建议?

郭光灿:要加快营造从研发到使用,再到反馈优化研发的市场氛围。

一是建议政府和研发企业共同补贴,培训购买方企业操作,一起促进量子科技产品优化,营造量子计算机发展的良好生态环境。

二是组建同类企业产业联盟,建立行业的量子计算机应用中心。目前阶段,每个公司都花高价购买量子计算机的确没必要,可以在某个行业集中的地区布局,组建应用中心,多个企业都可使用,集中应用、分摊成本。

三是提前布局基础设备、材料等领域,提前研究部署在应用环节可能遇到的基础问题。尤其在市场化过程中,要对所需的基础设备、材料等提早着手。

四是加快人才培养、人员培训、教育科普。目前我们在安徽省合肥市高新技术产业开发区开办了免费的量子计算机培训班,让更多人了解量子计算机的基本知识和使用方法。但目前能做量子计算机的还是少数,建议在高校布局量子科技本科专业,有针对性地培养应用环节人才。■


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