　　技术革命要基于科学革命，为什么要基于科学革命呢？因为科学的理论将告诉你，允许你能做什么。量子计算机之所以快，是因为它有量子并行能力，这个能力是随着量子体系的大小指数级增长的。科学的理论告诉你，量子体系有这种能力。我们平常看不到这种能力，是因为我们没有那种环境。当温度降低，当系统变小后，才可以看到量子效应。

　　量子计算机为什么快？假如我们有一台经典计算机，一台量子计算机，都有3比特。从外面看是，它们是一样的，都有输入、输出、软件和硬件。但是硬件部分有根本的区别，经典计算机就是3个比特，而量子计算机可以同时表示8个3比特状态的叠加，也就是说一台3比特的量子计算机相当于8台3比特的经典计算机。量子计算机工作一次，相当于8台经典计算机同时工作一次，当然比1台经典计算机快。如果有N个比特的量子计算机，这种并行能力就更强大了。比如N等于50，就是50个量子比特，那就相当于50个2相乘，就是1千万亿个经典计算机同时工作，当然就更快了。所以，量子计算机比经典计算机快。量子计算机是一个原理上与经典计算机完全不一样的新型计算机。

　　量子计算机的发展经过了三个大的阶段。

　　第一个阶段，提出原理和自由探索，最早是Paul Benioff和Yuri Manin他们在1980年提出这个概念。

　　第二个阶段，从1994年开始，在1994年到1996年期间，Shor和Grover这两个人给出了两大量子算法。假如同时让量子计算机和经典计算机处理同一件事，分解一个300位的大数，用经典计算机需要15万年，而用量子计算机运行Shor算法，1秒就行。如果，搜索大数据库，比如一个银行的数据库，经典计算机需要2万年，而用量子计算机运行Grover算法，仅1秒就能实现。量子计算机不是可有可无的东西，是国家必须有的、具有战略意义的新兴技术。

　　我是在20年前把Grover算法进行了改进，按照我这个公式，搜索成功率就是百分之百，现在国际上把这个算法叫做Long算法，也有把我和Grover放在一起，把这个算法叫做Grover-Long算法。

　　第三个阶段，大公司参与竞争，突破迹象初现，以2016年IBM推出5比特量子云平台为开始标志。当时没觉得这个云平台有什么重要，但是他们是企业发展战略，推出5个比特只是个开场白，第二年他们就推出了20多比特的量子计算机，到2019年IBM和竞争对手Google推出了50多个比特的量子计算机，谷歌还实现了53比特量子计算机，展示了量子霸权。这个量子霸权具体是做了一件事情，量子计算机用3分20秒就能算完，如果用超算计算机则需要1万年。现在的量子计算机，我叫“傻大个儿”量子计算机，有几百到一千个量子比特，个头大，也就是说它的空间大，2的100次方是非常大的数了。谷歌用53个量子比特做的量子计算机，已经做这么大的事情，如果用1000个比特可以做得更大。但现在这个技术还没发展成熟，耐力还比较差，工作一会儿就停了，粗心大意，精确度也还不够。但是，这种计算机是我们今后10年、20年里所要生产、面对和使用的。我们要想办法，构造量子算法，让这些“傻大个儿”量子计算机做有实际价值的事情。

　　2、我国量子计算机发展迅速

　　目前，量子计算机硬件发展有两条道路，就像上个世纪的“锗硅”之争一样：超导量子比特和离子阱方案。IBM公布他的发展路线图：今年就要127比特（今天，2021年11月15日，IBM正式宣布，研制出127比特的量子计算机，名字叫Eagle），明年是433比特，2023年就是1121比特，用5年时间就做出100万比特。如果他的路线图实现了，实用化的量子计算机完全就有了。北京量子院在做超导，特点是采用半导体加工工艺。

　　另一个就是离子阱方案，北京量子院也在做离子阱方案。离子阱方案的特点是精度高，但是扩展有困难。今后3到5年的时间里，哪种方案能够胜出将会越来越明显。

　　今年北京量子院在中关村论坛上发布了世界上最长寿命的超导量子比特芯片。美国做的是360微妙，我们做到了503微妙，就是0.5毫秒，这是国际上最高成果。在量子算法上，我们北京量子院构造了量子加速算法，在《中国科学》上发表后产生了很大的反响。

　　有了量子计算机，我们可以做什么？凡是涉及到算力的东西，我们都可以用量子计算机来加快！比如：密码分析、药物研发、气象预报、人工智能、战场分析、银行金融等等都可以。

　　在短期时间里，用量子计算机做量子化学可能是最重要的应用，现在的能力可以达到这个程度。利用量子化学，可以设计新的分子、设计新的药物等。北京量子院这个团队就设计了一个全量子本征求解器（FQE），与此对应的是变分本征求解量子算法（VQE）。VQE一会儿在量子计算机上做，一会儿在经典计算机做，我们的FQE全部在量子计算机上做，避免了这种来回倒换。美国Los Alamos国家实验室化学部主任表示，我们这个算法是模拟分子系统的一种全量子的算法，IBM全球量子算法负责人Ivano今年发表的文章里表示，他们将在今后使用我们的方法。

　　近年来全球量子科技的发展非常迅速，BCG的报告“金融机构是时候有所行动了”，多个公司都参加到量子信息研究。量子计算机既是一个改变游戏规则的机会，也是一种生存的威胁。在金融领域潜在应用场景，包括量子算法，比如说最优化，还有机器学习，跟大数据、数字经济都有关系，还有模拟定价，将来都会有应用。

　　3、量子通信的发展趋势

　　什么是量子通信？有什么用处？现在发展到什么地步？

　　量子通信和我们经典的通信定义不一样，我们现在用的量子通信定义是广义的，即，通过移动量子态来完成的任务。比如量子密钥分发，是通过利用量子态来传一个密码后，再用经典的通信来传信息，这个量子密钥分发本身不是通信。我们在2000年原创提出的量子直接通信，符合经典通信定义，它是一个可靠和安全的通信，北京量子院把量子直接通信作为一个重点的发展方向。

　　从国内外专利的情况来看，从图上看，中国的专利申请是蓝色的，是国际上最多的。而在专利的获取授权方面，美国多一些，中国第二。量子通信专利主要是量子密钥分发方面的，量子直接通信和其他几个还相对刚刚起步的方向，专利数少于量子密钥分发的。

　　2016年中国发射第一个量子通信卫星“墨子号”，我们在这方面是国际领先的。

　　量子直接通信是我在2000年提出的。在北京市的支持下，北京量子院和清华大学克服实用化当中的几个关键困难，研制出国际上首个量子直接通信的样机，并在去年中关村论坛作为重大成果发布。最近我们进一步提升了它的性能，现在的通信距离已经达到100公里，速率也明显提高。量子直接通信在互联网的环境下有端端安全、量子增强、兼容经典、融合未来的独特优势。

　　作为量子院的两大重点研发工程之一，我们要建全球量子互联网，就是用量子直接通信、量子密钥分发等把量子计算机、量子传感器件连接起来，形成能够通达全球的安全通信、算力重组、高灵敏传感和高精度的时空基准等应用，实现互联网从电子世代向量子时代的跨越。

　　量子科技堪比新时代的人类登月计划。我们现在要“追求极致，寻求新答案；合作开放，寻求新问题”，共同推动量子信息产业的创新发展。

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