騰沖科學家大獎獲得者潘建偉：量子技術將重構下一個十年的技術格局

量子計算利用其疊加原理，可以提供前所未有的計算能力，為密碼破譯、氣象預報、藥物設計、 金融分析等領域提供更好的解決方案。

文｜郭坤

ID | BMR2004

在全球科技競爭日趨激烈、數字經濟快速發展的宏觀背景下，傳統信息技術正逐漸逼近物理極限，信息安全、算力瓶頸等問題日益凸顯。如何突破經典計算與通信的邊界，構建下一代信息基礎設施，已成為各國科技戰略競爭的焦點。在這一關鍵賽道上，中國已將量子科技發展明確納入國家戰略體系，并在“十五五”規劃建議中將其置于未來產業布局的首要位置，積極搶占這一關鍵賽道的發展先機。

在2025騰沖科學家論壇上，中國科學技術大學教授潘建偉院士系統描繪了量子技術從實驗室突破走向產業應用，特別是構建高精度信息感知、高速信息處理和安全信息傳輸的“量子互聯網”宏偉藍圖。作為中國量子信息科技的領軍人物，潘建偉及其團隊在近三十年的科研生涯中，取得了包括“墨子號”量子科學實驗衛星、“九章”系列光量子計算原型機、“祖沖之號”系列超導量子處理器在內的一系列具有重要國際影響力的成果。他的演講不僅是一場科學報告，更是對量子技術發展和產業化路徑的清晰勾勒，為全球商界和科技界理解這一顛覆性技術提供了權威的中國視角。

01

量子通信：構建安全高效的量子網絡

潘建偉指出，量子通信是迄今唯一安全性得到嚴格證明的通信方式，同時也是連接量子計算機構建量子互聯網的高效信息傳輸途徑。

利用量子疊加特性，任何對量子態的竊聽行為都會改變量子態并被察覺，從而實現本質上安全的密鑰分發。這種安全性甚至與設備提供商無關（即“器件無關”）——即便設備由第三方機構提供，只要最終測量結果符合理論預期，密鑰安全就能保障。

潘建偉還描繪了“量子隱形傳態”這一更前沿應用。它類似于科幻中的瞬間傳送，不傳輸實物粒子，卻能實現量子信息的遠距離傳遞。這為未來量子計算機之間的高效連接提供了可能：若要將100個量子比特編碼的問題發送給遠端量子計算機，傳統通信方式相當于要傳輸2的100次方經典比特的信息量，這已超過目前全球數據存儲總量的一百萬倍，幾乎不可能實現；但利用量子糾纏和隱形傳態，只需要建立100對糾纏并執行量子隱形傳態就可以高效實現。

然而，量子通信的現實應用經歷了漫長攻關。量子通信的現實應用面臨兩大挑戰。一是現實器件的不完美可能導致安全漏洞，二是光纖的固有損耗導致距離受限：若不解決損耗問題，實現千公里光纖量子通信，即便有理想光源，平均每三百年才能成功傳輸一個密鑰。

中國團隊自本世紀初就開始攻關現實安全性和光子損耗兩大難題。

在現實安全性方面，2007年，中國科學家首次實現“誘騙態”量子密鑰分發，克服了現實條件下光源不完美帶來的安全隱患，首次將光纖量子密鑰分發安全距離突破100公里；2013年實現了“測量器件無關的”量子密鑰分發，免疫一切針對探測器的攻擊。這些進展為量子通信的現實應用成為可能。隨著系統性能的進一步提升，至2023年終于將光纖無中繼量子密鑰分發的安全距離突破1000公里。

在擴展距離方面，“量子中繼”是實現遠距離量子通信的解決方案。經過二十年攻關，特別是量子存儲等關鍵技術的突破，中國團隊實現了國際上綜合性能最優的冷原子量子存儲，構建了國際首個城域量子糾纏網絡，將“器件無關”的量子密鑰分發距離突破100公里，為實用化的量子中繼奠定了堅實基礎。

利用衛星平臺是現有技術條件下實現遠距離量子通信的另一有效途徑。從2003年提出衛星量子通信的構想，到經歷10余年的地面關鍵技術攻關，潘建偉團隊牽頭研制世界上首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，于2016年8月成功發射。“墨子號”在國際上率先實現了千公里級的星地量子通信，通信速率超過同距離光纖信道20個數量級，充分驗證了通過衛星實現全球化量子通信的可行性。

結合“墨子號”量子衛星和地面遠距離光纖通信網絡，中國已構建天地一體化量子通信網絡雛形。潘建偉預計，未來10年有望實現高效的全球化量子通信，為重要機構提供安全通信支撐。

02

量子計算：算力突破與產業化路徑

如果說量子通信主要解決信息安全傳輸問題，那么量子計算則指向了信息處理能力的根本性突破。潘建偉指出：“量子計算利用其疊加原理，可以提供前所未有的計算能力，為密碼破譯、氣象預報、藥物設計、金融分析等領域提供更好的解決方案。”

他用一個生動的比喻解釋了量子計算的原理：“經典世界里面，50個比特在某一個時刻只能處于某一種狀態。到了量子世界里面，50個原子就可以處于2的50次方狀態的相干疊加——相當于可以同時處于2的50次方狀態。這就好比你把一張A4紙折疊50次，厚度從0.1毫米變成了1億公里。在并行數據處理能力上，一個包含50個量子比特的量子計算機，會比包含50個比特的傳統計算機快1000萬億倍。”

具體到實際應用場景，潘建偉給出了更直觀的例子：“如果要對一個300位的大數進行質因數分解，使用每秒運算萬億次傳統計算機可能需要三萬年，而使用同樣運算速率的量子計算機可能只需要0.1秒。”這種指數級的算力提升，將徹底改變密碼學、材料科學、藥物研發等多個領域的技術格局。

中國在量子計算領域的標志性成果之一是“九章”光量子計算原型機。潘建偉介紹：“得益于在光量子計算領域的長期研究，我們近期完成了‘九章’光量子計算原型機的研制。在特定問題上，其計算速度比最快的超級計算機快多個數量級。按照目前的發展，使用最優算法，還有幾個數量級的提升空間。”而在另一并行的物理體系，潘建偉團隊實現的“祖沖之號”超導量子計算處理器也多次創造“量子計算優越性”的世界紀錄。“九章”和“祖沖之號”的實現，使得我們成為率先在兩種物理體系都達到“量子計算優越性”里程碑的國家，牢固確立了國際第一方陣地位。

他同時透露了近期目標：“在短期內實現專用量子模擬機，來嘗試解決經典計算機難以處理的重要科學問題。這個領域目前正處于一個非常活躍的發展階段。”

關于產業化，潘建偉以個人電腦和手機的發展類比：量子計算將先在科研單位應用，隨著量子互聯網發展，20—30年后可能廣泛應用。他特別提到“盲計算”場景：用戶可將問題編碼為量子態傳至計算終端，終端無法讀取問題卻可輸出結果，保護隱私。

殺手級應用方面，第一個將是密碼破解。國際學術界和產業界普遍預期，能夠破解1024位RSA公鑰密碼的量子計算機將在2035年前后誕生，隨后將在制藥、材料設計等領域發揮價值。長遠看，人工智能對算力的巨大需求可能使量子計算成為其關鍵支撐。

當前量子計算面臨的主要挑戰是容錯問題。潘建偉表示：“整個量子計算領域最受關注的可能是容錯量子計算的突破。第一個相關實驗驗證由中國團隊完成，而2023年國際上也有新的進展。”

03

量子互聯網：三位一體的未來生態

量子技術的終極愿景是構建全新的信息基礎設施——量子互聯網。潘建偉表示：“我們的總體目標是希望把現在的互聯網升級成為量子互聯網。”這一升級不是簡單替換，而是構建感知、傳輸、處理三位一體的全新體系。

他詳細闡述了這一體系：“首先是感知——我們叫它量子傳感，對物理世界所發生的事情，感知的精確程度可以大幅度提高。當你收到信息之后，要知道這個世界到底發生了什么事情，就要把這些信息安全地傳輸到處理的終端。傳輸過程中要用到量子通信，把信息獲取之后通過量子通信的手段安全、高效地傳遞到數據中心的處理終端。要對這么大量的數據進行處理，傳統計算機無法處理得過來，這就需要用到量子計算機。”

在這一體系中，中國已經取得了一系列突破。在量子傳感方面，潘建偉透露：“我們研制的量子時鐘精度已經在地面達到相當于200億年的誤差不超過1秒的水平。三年前，我們在新疆進行的地面實驗證明了將精密的時間頻率標準進行遠距離傳輸的可行性。這將為構建廣域高精度光頻標網絡，為時間單位‘秒’的重新定義奠定基礎”此外，量子精密測量技術在時間、重力、磁場等領域的應用，將推動計量科學的根本變革。

潘建偉提出構建量子互聯網的“三步走”戰略：

第一，構建天地一體的量子通信網絡。“未來的互聯網首先肯定得通信，安全傳遞目前基本達成，但高效傳遞，會在5—10年能夠達到。”

第二，發展可容錯的通用量子計算機。“通過5—10年的努力，能夠把量子計算容易算錯的缺點給克服掉，那么到10—15年的時間里面就有可能來實現可容錯的通用量子計算機，但也許需要20年，因為科學的路上很多事情的發展都是出乎預料的。”

第三，推動量子傳感技術的廣泛應用。“把量子傳感的技術用到方方面面，比如在時間的感知或者時間的測量方面、重力的測量、長度的測量等等，能夠以更好的方式來感知世界。把目前基于實物的計量方法，全面轉移到量子計量的方法。”

04

量子與人工智能的融合未來

量子技術的終極影響可能體現在與人工智能的深度融合上。當被問及通用人工智能（AGI）時代和量子時代哪個會先到來時，潘建偉展現了跨領域的深刻思考：“人工智能現在進步很大，卻還有很多未知，而且需要巨大算力和巨大能耗。比如訓練一段時長僅為一分鐘的短視頻所消耗的能量，如果按火電計算，大概會產生相當于一架波音747繞地球飛行十圈以上的碳排放。通用人工智能到來后，耗電量會非常大，沒有量子計算的進步，可能很難廣泛應用。”

他明確指出了兩者的共生關系：“兩者不是誰先到來的關系，而是相輔相成——即便通過算法優化降低耗電量，也很難無限制下降，量子計算的進展則會更好推動通用人工智能早日廣泛應用。”

潘建偉引用了圖靈獎得主姚期智教授的觀點：“自然界有兩大杰作：第一個是通過幾十億年進化，產生出具有高度智慧的人類；第二個則是自然界揭示出的最深刻的物理規律——量子力學。通過學習和掌握量子力學規律，我們可以研究量子計算；而量子計算又能為人工智能提供強大的算力。”

潘建偉展望了這種深度融合可能帶來的革命性變化：“在未來，如果將量子計算與人工智能深度融合，或許能夠幫助我們理解甚至創造出新的智能形式。這種智能有可能超越自然緩慢進化所產生的智慧。”這一愿景不僅指向技術突破，更觸及了智能本質的哲學問題。

05

擁抱量子時代

潘建偉的演講為商界領袖提供了理解量子技術的清晰框架和實用時間表。從近期可實現的量子安全通信，到中期的專用量子模擬應用，再到遠期的量子互聯網生態，量子技術將逐步滲透到經濟社會的各個層面。

對于企業而言，量子時代意味著全新的機遇和挑戰：金融行業需要準備應對量子計算對傳統密碼的威脅；制藥和材料公司可以期待量子計算加速研發進程；通信企業將面臨網絡基礎設施的升級需求；而所有依賴數據安全的企業都需要評估量子通信技術的應用價值。

潘建偉給年輕科學家的建議同樣適用于企業和投資者：“一輩子能做的事很少，趁年輕挑準感興趣的方向，幾十年如一日深耕，或許會有好的結果。”在量子技術這一需要長期投入的領域，持續性和耐心可能比短期靈活性更為重要。

中國在量子科技領域的領先優勢來之不易，它建立在像潘建偉這樣的科學家近三十年堅持不懈的基礎上，也建立在對科技自立自強戰略的堅定執行上。隨著天地一體化量子通信網絡的完善、量子計算原型機的迭代、量子精密測量技術的突破，中國不僅為全球量子產業貢獻了關鍵技術方案，更在塑造未來信息基礎設施的全球競爭中占據了有利位置。

量子時代的大門已經開啟。那些能夠理解這一技術變革的深度、把握其發展節奏、并提前布局的企業和國家，將在新一輪科技革命中占據先機。潘建偉的演講不僅展示了中國量子科技的成就，更為所有關注未來的人提供了導航量子時代的路線圖。在這個充滿不確定性的世界中，至少有一點是確定的：量子技術將重新定義下一個十年的技術格局，而中國正在這場變革中扮演關鍵角色。