量子科技，一个看起来高深莫测的科技词汇，因为中央政治局的一次集体学习迅速成为热词，围绕什么是量子科技、我国在该领域的研究成果、量子科技如何影响现有产业等问题的讨论也持续火热。
10月22日，新京报贝壳财经记者就量子科技的相关问题专访了量子信息专家——中科院院士、中国科学技术大学郭光灿教授。郭院士在量子光学、量子密码、量子计算、量子信息等众多研究方向取得一系列优秀成果，是量子科技的先行者和开拓者。
量子信息专家，中科院院士、中国科学技术大学郭光灿教授。 受访者供图
新京报：在你看来，目前量子领域研究最难攻关的地方在基础理论研究还是实际应用？能否举例说明？
郭光灿：实际应用方面，以量子计算机为例，根据量子计算机的原理，它是绝对能够超过电子计算机的。因为电子计算机处理数据的方式是串行运算，即存储器只能存一个数，我操作一次就变成另一个数，所以操作是一步一步的。量子计算机从原理上是并行处理，我操作一次可以把2的N次方数据变成另外2的N次方数据，所以我操作一次，相当于电子计算机操作2的N次方串行的次数，这就是量子计算机能够超过电子计算机最重要的物理原因，这个物理原理科学家早就认识到了。现在我们要做的是怎么在物理上实现这种并行处理的器件，这种器件的能力与它单个芯片里面有多少个量子比特有关，量子比特就是那个“N”。当N达到一定程度，它一定可以超越所有电子计算机的能力。
虽然理论上已经证明过了，但实现起来还是很难。比如量子芯片并行处理能力的优点在于采用量子相干性，但量子相干性非常脆弱，很容易受到环境的破坏。能够保持量子相干性的时间叫相干时间，这个相干时间很短，这就是现在阻碍量子计算机制造成功的一个障碍。设法把相干时间拉长的技术就叫做容错纠错技术，使用这种技术可以让处理问题的时间更长，但要做到容错纠错，在技术上很难，他要求每一次操作的精度到达99.99%，这个非常难做到，实际器件里达不到，纠错容错达不到。
现在能做到的是把单个处理器里的“N”尽量增加，现在国外使用超导技术（但不使用纠错容错技术）做到了53个，已经演示了用200秒的时间算一个特定问题，该问题如果使用经典超算计算机要用一万年，此时量子计算机超过了电子计算机，国外就说他们已经达成了“量子霸权”。但需要注意的是，它只是针对一个特定问题的超过，这个问题并没有实际作用，所以现在量子计算机的演示还是在初级阶段。如果我们找到一个有实际应用价值的问题，量子计算机能够演示远远超过经典超级计算机的速度，那才算真正实现了“量子霸权”。
需要说明的是，这个“N”，即芯片上处理器的数量，一定是能可以编程的，如果这个“N”不能编程，就不能算量子计算机的量子芯片。比如我做到24个量子芯片，但不能操控，这个就不算量子计算机的芯片。从有用的价值来说，目前我国能够做出来的是6个量子比特的量子计算机，这个计算机的水平相当于IBM公司2016年的水平，这6个量子比特我们很快可以再升级，IBM目前升级到了50几个，我们年底可能升到24个，明年可能升到60个。第一步是我们也跟上，做出一个真正有用的量子计算机，让大家都能用，这个第一步不说是最先进，但最起码也是我们迈开的很有用的一步，此后再往下发展可能就快了。
而基础理论研究方面，基础理论成熟后，怎么把它做出来？做出来的过程中，就有很多应用基础理论的问题，比如说这个材料怎么能让相干时间拉得更长，如果拉得不长，器件就做不出来。那么为什么相干时间短呢？此时就要去做基础研究，去研究什么东西会影响相干时间变长，所以这种应用基础研究也有理论的工作，我们现在面临的理论问题有一些创新，比如量子计算机什么结构最好，什么物理体系做最好，这有很多理论工作，但这个理论不是量子信息原理性的理论，而是创造实现当中遇到的基础理论问题，我们要不断地解决这些问题，才可以把器件做的更好，所以后面要解决的理论问题，就比较偏重于实际系统碰到的理论问题。
现在，我们攻关的重点是如何使用纠错容错技术，做出能够真正解决实际问题的专用机，这也是世界的难题。目前，我们也能把“N”提高，希望提高到能够解决国防军事上面对的困难，哪怕解决一个问题，都能做出一个实际贡献。
延伸阅读：郭光灿院士专访全文
《对话郭光灿院士：量子领域的竞赛还没有结果，正是我们的好机会》
新京报贝壳财经记者 罗亦丹 编辑 赵泽 校对 李世辉
