发布时间：2024-11-09 10:49:23 来源: sp20241109
文/赵斌
想象一下，新型量子计算技术通过对细胞等人体健康的监测，可预知什么时间患什么病，从而提前干预和治疗，使得人的寿命大大增加。
或是需要决策时，可以通过精准的计算得到最佳方案建议，言行选择都将越来越接近“正确”答案。
甚至通过对一个人言行的分析计算，其内心世界或不再是秘密……
这些畅想或许在二三十年内量子算力充分发挥后，就会成为现实。
然而，当下对量子计算的未来应用仍然没有清晰描绘。有观点认为，随着量子计算技术的发展和应用，可能会对世界产生颠覆性的改变。但量子技术到底是什么，能给我们带来什么、又该如何面对，至今没有清晰的结论。
中新社 国是直通车专访中山大学深圳研究院量子信息技术中心主任、启科量子联合创始人兼首席科学家罗乐，试图从另一个视角揭开量子的神秘面纱。
量子就是那只“猫”？
说到量子，大家可能最熟悉的莫过于“薛定谔的猫”。
奥地利著名物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验。把猫置于有毒气触发机关的盒子里，其中，毒气是否被释放取决于连接了镭放射性监测器是否监测到有衰变离子，开关是随机的，在观测之前，猫处于死与活的叠加状态，即同时生又同时死的状态，通过观测(打开盒子)才能确定猫具体的生死状态。
很多人对此不解，认为无论是否观测，结果在观测前已经确定，即猫的死亡在打开盒子时已确定，观测只是发现了这种状态而已，并非观测决定了猫的生死。因而，无法真正理解猫因观测而确定生死这一奥妙，猫怎么可能生死叠加？
罗乐谈到，实际上“薛定谔的猫”是量子力学中对量子叠加状态的一种巧妙表述。用人类常规生活的普遍认知经验来理解量子世界是会冲突的，很多量子力学世界的现象，在生活中找不到一一对应的类比。如果一定要以往的认知经验来理解量子叠加状态的话，可以有个有趣的比喻： 想象量子状态是发生严重矛盾情侣中的一方，内心既爱又恨。
“在确认对另外一个人到底是爱还是恨时，语言表态往往会得出确定爱或恨的答案，前提是此时情绪为爱恨交加，在把爱或恨说出口的一瞬间类似对量子态的观测。”罗乐称，多次观测后发现，此时心中实则同时有不同程度的爱和恨，下一时刻再确定一次，可能这个爱与恨的状态就会改变，这个例子隐约可以比喻量子的叠加状态。
罗乐还表示，人类普遍对宏观世界有两种基本认识。
第一，在某一个确定的时刻、确定的地点，事物总是处于一种确定的状态。也许这个状态会随时间改变，但是在具体的时间点上，状态是确定的；
第二，如果我们去观测一个客体的状态，我们可以得到和这个确定状态对应的确定结果。
但是，量子力学对这样两种确定性给出了不同答案。
罗乐表示，量子力学从根本上挑战了这两点，即某个确定的时空点，“客体”的状态可能是不确定的，这种不确定是在同一时间节点上，同时处于多种状态。当这个“客体”被观测时，这种叠加状态就会掉入一个确定的状态，也就是说探测确定了状态。
他直言，这个理解起来非常违反常理，如果要用更文学化的语言来刻画，就像刚才举例情侣间的爱恨叠加。叠加带来了想象的难题，以至于难以在现实中找到精确的类比，比如描述一个人可以同时在北京和上海，我们的此类想象难以和自身经验自洽。事实上，量子计算正是基于这一诡异的原理，使量子算力远超出经典计算的范围。
量子到底能干啥？
2020年，中国科学技术大学团队宣布成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒，而当时世界最快的超级计算机要用6亿年。到2023年10月份，该团队又宣布，“九章三号”求解高斯玻色取样数学问题的速度，比目前全球最快的超级计算机快一亿亿倍。
天下武功，唯快不破。不仅在军事、医疗等方面“快”的意义重大，可想而知，如果研发的量子计算技术能得到实际应用，这将给人类技术带来多少新的可能？
罗乐表示，量子计算的开发，目前主流的有三种物理体系可供选择，各有优缺点。
第一，光子。电场具有偏振，光子状态可以在量子力学定义的希尔伯特旋转。
第二，电子。电子具有自旋，状态也可以在希尔伯特空间旋转。
第三，原子。原子具有自旋，当然也可以旋转。原子还能发射出光子，让光子携带信息连接另外一个量子系统。
据罗乐介绍，他参与创立的启科量子的“离子阱”技术就是运用了第三体系。因为原子发出的光可以携带旋转的信息传到另外的地方。这就意味着用原子做量子计算不仅可以在单个节点上做量子计算，还可以把信息传递到网络当中，借助光子传递，通过网络的方式进行量子计算系统的连接，实现所谓的分布式量子计算。
在我们的生活中，量子计算技术发展如何？
新年伊始，在“治理护航·数智赋能”首届创新论坛暨上海软件中心成立40周年大会上，启科量子、中交通信大数据(上海)科技有限公司以及上海计算机软件技术开发中心三方合作进一步拓展了量子技术与传统产业的互相赋能的范围，推动量子技术的产业化落地。
中交通信大数据(上海)科技有限公司董事长徐明强向媒体介绍，三方合作各有分工，启科量子负责提供量子计算和量子通信技术支持，中交大数据作为国家级交通大数据平台，提供多领域场景和超算支持，而上海软件中心则负责相关软件技术的研发和标准制定，确保运行高效与安全。
据了解，在我国，能源、金融、通信、交通以及更多领域都在和量子技术进行接触。美国不仅在军事领域中开始应用量子技术，资本界也逐渐在加大量子布局投入。
罗乐认为，我国量子技术和美国已然成为世界上的“两强”，并且各具“短长”。从全球量子技术和产业发展格局来看，中国量子产业需要发挥优势和克服劣势。
中国量子“路在何方”？
据罗乐介绍，中国在国家政策和国家战略的指引下，很多创业者对于发展量子产业的热情非常高。经初步统计，中国的量子初创企业数量激增，增长率甚至可能比美国高。
罗乐认为，量子计算、量子通信量子和量子传感三个领域的技术，目前中国和美国齐头并进，当然欧洲在某些方面也很具优势，而国内量子发展的特点主要集中在两个方面。
第一，大型企业投入量子产业的质量与数量上都低于美国。美国投入量子产业的主要是大型企业为主，还有一些非常尖端的初创企业；国内大型企业还在观望。美国投资量子产业的大型企业很多又是以军工企业为主，比如霍尼韦尔、洛克希德马丁、波音等都在量子计算产业重资布局。
第二，中国的初创企业热情很高，比如合肥就聚集了二十多家量子相关企业。但是初创企业无论是融资能力还是产业渗透能力比起国外初创企业都弱了些。同时还有缺乏合适的大型应用场景的问题，无论是量子计算、量子传感还是其他方面，作为一项新锐技术，并非所有行业都可以率先应用。
无论是资金还是应用场景需求，包括量子计算在内的量子技术的发展对各方面要求很高。
罗乐表示，首先应用量子计算技术的，一定是具有大算力要求并且对计算时间效率非常敏感的这些场景。很多初创企业，是否能有机会接触到这些对国计民生有重大应用的场景，值得思考。美国在量子技术的军民融合上做得更好一些，使一些初创企业能够接触到这些国家资源和应用场景。只有当这些从事未来产业的初创企业能够和国家战略更好地结合在一起，才能为中国量子产业发展插上翅膀。 【编辑:曹子健】